INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALtesis.ipn.mx/jspui/bitstream/123456789/17352/1/TESIS_1.pdf · Pedro...

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y

ELÉCTRICA

INGENIERÍA EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA

“Estudio del retardo provocado por la ionosfera en una señal GNSS”

T E S I S

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA

P R E S E N T A N:

Pedro Antonio Díaz Vargas Saúl Vázquez Gutiérrez

ASESORES: Dr. Rabindranath Reséndiz Vázquez

M. en C. Carlos Mira González M. en C. Pedro Gustavo Magaña del Río

MÉXICO, D.F. 2015

http://mx.geocities.com/ipn_cecyt1/programas/Ipn.zip

Instituto Politécnico Nacional E S I M E

II | Página


III | Página

Dedicatoria

Le dedico este trabajo a mis padres María del Rosario Gutiérrez Robles, Saúl Vázquez Rubio y a mis hermanos Brenda Vázquez Gutiérrez, Astrid Vázquez Gutiérrez y Rodrigo Vázquez Gutiérrez por su ejemplo de seguir adelante y por enseñarme el valor del trabajo y a mis profesores por formarme un carácter ante la vida profesional.

Agradecimientos

A mis padres por apoyarme en mi carrera profesional y al INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL por darme la oportunidad de formarme como un profesional en la institución.

Saúl


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Dedicatorias

A mí mismo por el esfuerzo, trabajo, y coraje invertidos por vencer a

todas y cada una de las adversidades que enfrenté y derroté.

A mis horas de desvelo y privación del gozo dejado de lado pero

sobre todo a mis padres, hermanos, maestros, amigos y a ti.

Agradecimientos

A Dios quien supo guiarme por el buen camino y ayudarme abrir un

buen futuro de éxito y prosperidad y darme una estrella en mi frente.

A mi madre, padre y hermano por el apoyo incondicional que

me brindaron con la certeza de que siempre estarán allí para darlo y a

los maestros por darme el conocimiento que no se nos podrá

arrebatar nunca.

Al INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL por brindarme la oportunidad

de crecer como profesionista y darme alojos en sus muros del saber y

a ti por estar incondicionalmente conmigo alentándome todos estos

años.

A mis amigos, compañeros de aventuras y desventuras

durante todos estos años.

Pedro


V | Página

“Estudio del retardo provocado

por la ionosfera en una señal

GNSS”


VI | Página

OBJETIVO

Estudiar las características de la ionosfera y el retardo que

introduce en las señales GNSS (Sistema Global de Navegación por

Satélite) provocando un error en la precisión, así como los

principales métodos de corrección para tomar en cuenta dicho

retardo.


VII | Página

ÍNDICE

Relación de figuras, tablas y gráficas VII

Introducción XI

Antecedente XIV

CAPÍTULO 1 | “Sistema de Navegación GNSS” 1

1.1 Componentes GNSS 2

1.1.1 Segmento del espacio 4

1.1.2 Constelaciones GNSS actuales y previstos 6

1.1.3 Señales GNSS 7

1.1.4 Navegación por satélite independiente 13

1.1.5 GNSS y la navegación integrada 13

1.1.6 Navegación interior GNSS 14

1.2 Posicionamiento GNSS 15

1.3 GPS 17

1.4 GLONASS 18

1.5 GALILEO 19

1.5.1 Servicio GALILEO 20

1.6 Aplicaciones GNSS actuales 22

1.6.1 Crecimiento del sistema GNSS 26

CAPÍTULO 2 | “Errores en GNSS” 28

2.1 Errores de datos 29

2.2 Errores por la propagación ionosférica 30


VIII | Página

2.3 Errores en la propagación troposférica 34

2.4 El problema de la trayectoria múltiple 38

2.5 Errores de datos efemérides 40

2.6 Errores en el reloj del satélite 41

2.7 Errores en el reloj del receptor 41

2.8 Generación de errores por los relojes en GNSS 42

CAPÍTULO 3 | “Ionosfera” 45

3.1 Ionosfera 46

3.1.1 Características de la Ionosfera 47

3.1.2 Capas ionosféricas 48

3.1.2.1 Total de las cuatro capas ionosfericas 51

3.2 Efecto de la ionosfera en una señal 52

3.2.1 Los principales efectos de la ionosfera en una señal

en banda L 56

3.3 El Sol 59

3.3.1 Manchas solares 63

3.3.2 Mínimo y máximo solar 63

3.1.2.1 Fenómeno electromagnético en la ionosfera

(Ionización) 65

3.4 TEC (Contenido Total de Electrones – Total Electron Content) 66

3.4.1 Ionosonda 71

3.5 Velocidad de fase y grupo 73

3.5.1 Índice de refracción 77


IX | Página

3.6 Retardo ionosférico 81

CAPÍTULO 4 | “Corrección del error” 86

4.1 Caracterización del error GNSS 87

4.2 Modelo para la corrección del error 87

4.3 Modelos de corrección de una frecuencia 89

4.4 International Reference Ionosphere (IRI) 89

4.4.1 Pagina WEB para el modelo IRI 92

4.5 Modelo Klobuchar (GPS) 100

4.6 Modelo NeQuick 102

4.7 Cinemática en tiempo real (RTK) 103

4.8 Sistema de Aumentación Basado en Satélites (SBAS) 105

4.9 Sistema de Aumento de Área Amplia (WAAS) 110

4.9.1 Comparación de modelos 112

4.10 Corrección de retardo ionosférico para receptores GPS de una

sola frecuencia utilizando la correlación de mapeo tomográfica 114

4.10.1 La Pseudodistancia y el retraso ionosférico para los modelos de corrección 118

4.10.2 Análisis gráfico 122

CONCLUSIÓN 127

ACRONIMOS 129

GLOSARIO 134

REFERENCIA 138


X | Página

Relación de figuras, tablas y gráficas

Figura Descripción Página

Figura 1.1 Sistema de posicionamiento de cobertura global. 3

Figura 1.2 Segmentos GNSS. 3

Figura 1.3 Segmento del espacio 4

Figura 1.4 Sistemas de radio navegación por satélite, espectro

de frecuencias definidas para GNSS 8

Figura 1.5 Trilateración – para conocer una distancia 15

Figura 1.6 Trilateración – para conocer dos distancias 16

Figura 1.7 Trilateración para conocer tres distancias 16

Figura 1.8 Arquitectura Galileo 19

Figura 2.1 Variación diurna y nocturna de la ionosfera 32

Figura 2.2 Pseudodistancia 33

Figura 2.3 Retraso troposférico por componentes húmedas 37

Figura 2.4 Errores de reflexión de la geometría local y vecindad de

trayectorias múltiples 39

Figura 2.5 Error causado por la inexactitud del reloj receptor 43

Figura 2.6 Error causado por la inexactitud del reloj receptor con tres satélites 43

Figura 2.7 Convergencia de pseudorangos mediante el adelanto o el atraso

de los relojes del receptor 44

Figura 3.1 Posicionamiento de la ionosfera respecto a otras capas 46

Figura 3.2 Perfil de la temperatura atmosférica 48

Figura 3.3 Estructura ionosférica de verano en el día y la noche con las

principales regiones de ionización 48


XI | Página


Figura 3.4 Orden de las capas ionosféricas 49

Figura 3.5 Perfil del contenido total de electrones 51

Figura 3.6 Diferentes trayectorias de la propagación de las ondas

electromagnéticas a través de la ionosfera 53

Figura 3.7 Efecto de la ionosfera en las ondas electromagnéticas 55

Figura 3.8 Representación de las capas solares y manchas solares 60

Figura 3.9 Rotación diferencial del Sol 61

Figura 3.10 Manchas solares y llamarada solar 62

Figura 3.11 Perfiles verticales típicos de concentración electrónica en

la ionosfera de latitudes medias. Adaptada de Hargreaves (1992) 64

Figura 3.12 Electrones libres en una columna de 1m^2 68

Figura 3.13 Mapa mundial del TEC elaborado por el Jet Propulsion Laboratory (JPL) 69

Figura 3.14 Ionosonda 72

Figura 3.15 La primera señal 1 (a) y la segunda señal 1(b) con frecuencias

ligeramente diferentes son sumadas para generar la figura 1 (c) 75

Figura 3.16 Índices de refracción 78

Figura 3.17 Refracciones y reflexiones dentro de la ionosfera 79

Figura 4.1 Elección del sistema de referencia IRI 93

Figura 4.2 Solicitud de parámetros 94

Figura 4.3 Resultado en forma de lista y gráfica 95

Figura 4.4 Selección de parámetros densidad electrónica y altura 97

Figura 4.5 Modelo Klobuchar 101

Figura 4.6 Cinemática en tiempo real (RTK) 104


XII | Página


Figura 4.7 Sistemas SBAS operativos o en desarrollo 108

Figura 4.8 Satélites geoestacionarios 111

Figura 4.9 Ubicación de sitios de pruebas 116

Figura 4.10 Imagen tomográfica sobre la región de Europa 122

Tabla Descripción Página

Tabla 1.1 Nombres y números de frecuencias para un GNSS 12

Tabla 1.1.5.1 Características principales de los sistemas GPS, GLONASS, Galileo 21

Tabla 2.1 Sistemas de error GNSS 29

Tabla 3.1 Dependencias del TEC 67

Tabla 3.2 Retardos ionosféricos. 70

Esquema Descripción Página

Esquema 4.1 Sistema de Aumentación Basado en Satélites SBAS 109

Gráfica Descripción Página

Gráfica 1.1 Distribución de aplicaciones en los sistemas GNSS 25

Gráfica 1.2 Bases instaladas de dispositivos GNSS por región 27

Gráfica 4.1 Resultados de la densidad electrónica y altura 99

Gráfica 4.2 MAR 6 123

Gráfica 4.3 GOPE 124

Gráfica 4.4 VILL 125

Gráfica 4.5 ANKR 126


XIII | Página

“INTRODUCCIÓN”


XIV | Página

INTRODUCCIÓN

El funcionamiento de un Sistema de Navegación por Satélite involucra distintos

segmentos, el segmento espacial envía la señal que recibe de los segmentos de

control y usuario. El segmento de control recibe la señal del segmento de espacio,

monitoriza y actualiza la información enviando correcciones a los satélites, por último

el segmento de usuario recibe la información procedente del segmento espacial y

calcula su posición.

El objetivo principal del Sistema de Navegación Global por Satélite es la localización

en tiempo real de un receptor en la tierra, mar o aire, está diseñado para ser

accesible a millones de usuarios militares y civiles en todo el mundo, algunos países

tienen su propia versión GNSS.

Cuando se necesita conocer la posición es necesario obtener dos parámetros que es

la posición del satélite y el reloj, esta información la toma la señal que envía el

satélite hacia el receptor en la Tierra. La posición de los satélites es conocida por el

receptor, el receptor GNSS mide la distancia de los satélites y usa esa información

para calcular la posición. La distancia se calcula cuando se conoce el tiempo que

tarda la señal en llegar del satélite al receptor en la Tierra, tomando en cuenta que la

señal que envía el satélite viaja a la velocidad de la luz.

Para tener una mayor precisión en el posicionamiento se necesitan cuatro satélites,

con tres satélites se puede calcular la posición en tres dimensiones, cuando se

tienen cuatro satélites se eliminan los errores de sincronismo.

La precisión tan grande que ofrece este sistema permite que tenga una gran

variedad de aplicaciones en diferentes ramas, en la rama ferroviaria para el

seguimiento de la localización de locomotoras y vagones de ferrocarril, conociendo la

localización precisa de los rieles se reducen accidentes, retardos y costos de

operación, en la aviación el sistema se utiliza para la navegación aérea desde la

salida, el trazo de la ruta, hasta el aterrizaje. En la transportación marina el GNSS es

usado para determinar la posición de los barcos cuando están en mar abierto y

cuando están maniobrando en puertos congestionados


XV | Página

En el primer capítulo de este trabajo se describe de forma general el funcionamiento

del GNSS, los métodos que se utilizan para determinar la posición de un receptor, la

descripción de los diferentes sistemas de posicionamiento que existen en el mundo,

la amplia gama de servicios que ofrece este sistema y sus aplicaciones en la vida

cotidiana para el ser humano.

En el capítulo 2 de este trabajo se presentan algunas de las principales fuentes de

error que afectan a la señal de los satélites GNSS hacia los receptores en la Tierra,

provocando una mala determinación de la posición en tiempo real.

En el capítulo 3 de este trabajo se describe la capa más importante en este trabajo

que es la ionosfera, provocando la principal fuente de error en la señal del satélite. La

actividad solar va formando las capas ionosfericas, la variación de estas capas es

según el ciclo solar, la época del año y la hora del día o la noche, también la

temperatura en la ionosfera varía según la altura.

En el capítulo 4 de este trabajo se presentan varios modelos para la corrección del

error causados por la ionosfera, estos modelos sirven para estimar la cantidad de

electrones que se encuentran en la ionosfera, conociendo estos parámetros se

puede estimar el retardo que se produce en la señal, calculando con mayor precisión

la posición del receptor, utilizados por los sistemas de aumentación.


XVI | Página

“JUSTIFICACIÓN”


XVII | Página

JUSTIFICACIÓN

El GNSS se describe brevemente y los errores que circundan este sistema tanto para

la señal que envía el satélite como la señal que llega al receptor. Así como las bases

para entender la presencia de la ionosfera en este sistema. Por último hay una

descripción para subsanar la afectación de la ionosfera llamado modelo de

corrección.

Para que el sistema pueda determinar la posición con gran precisión, la señal que

envía el satélite no debe de llegar al receptor con errores, existen varias fuentes de

error, la fuente de error más importante es el retardo que provoca la ionosfera, por el

contenido total de electrones que actúa como un medio dispersivo que afecta la

señal del satélite.

La tecnología GNSS se está integrando en equipos tales como excavadores,

niveladores, pavimentadoras, y maquinaria agrícola para mejorar la productividad en

la operación en tiempo real de este equipo.

Este estudio está enfocado para auxiliar a Ingenieros, técnicos, egresados e

interesados en la descripción del error introducido por la ionosfera en los sistemas de

navegación GNSS.

CAPÍTULO 1 | “Sistema de

Navegación GNSS”


2 | Página

1.1 Componentes GNSS

Se define GNSS, como el conjunto de Sistemas de Navegación Global por

Satélite, como son el NAVSTAR, GLONASS, GALILEO, COMPASS BEIDOU,

algunos operan en forma regional como lo son el QZSS e IRNSS. Es decir los

sistemas son capaces de dotar en cualquier punto y momento el

posicionamiento espacial y temporal. Las siglas GNSS (del inglés Global

Navigation Satellite System – Sistema de Navegación Global por Satélite), fue

creada por una de las instituciones que forman parte de las naciones unidas la

ICAO (del inglés International Civil Aviation Organization – Organización

Internacional para la Aviación Civil), que lo definió de la siguiente forma:

GNSS es un sistema de cobertura global para determinar la posición y el tiempo,

que puede estar formado por una o más constelaciones de satélites, por

receptores aeronáuticos, un sistema de monitoreo de la señal y complementado

con los sistemas de aumentación necesarios para dar soporte a las diferentes

operaciones y maniobras que habitualmente se realizan en la navegación aérea

como se muestra en la figura 1.1 [2].

El GNSS consiste en tres principales tecnologías de satélite: GPS, GLONASS y

Galileo. Cada uno de ellos consiste principalmente en tres segmentos:

(a) Segmento espacial

(b) Segmento de control

(c) Segmento de usuario

Como se muestra en la figura 1.2. En las tres tecnologías de satélites estos

segmentos son similares, todos juntos componen el GNSS. La tecnología satelital

completa está representada por la tecnología GPS y la mayoría de las

aplicaciones en todo el mundo ya existentes relacionadas con la tecnología GPS.


3 | Página

Figura 1.1 Sistema de posicionamiento de cobertura global [18].

La tecnología GNSS se ha consolidado a partir de la operación de Galileo y la

reconstrucción de GLONASS [22].

Figura 1.2 Segmentos GNSS.


4 | Página

1.1.1 Segmento del espacio

Los segmentos espaciales consisten en satélites GNSS en órbita alrededor de

20,000 km por encima de la Tierra, como se ilustra en la figura 1.3. Cada GNSS

tiene su propia "constelación" de satélites, dispuestas en órbita para proporcionar

la cobertura deseada [6].

Figura 1.3 Segmento del espacio

Actualmente hay en órbita alrededor de 31 satélites GPS, entre los operativos y

los de reserva. Cada satélite tiene una vida aproximada de diez años y se van

sustituyendo continuamente los satélites obsoletos con unos nuevos y mejorados

para mantener operativa la constelación.


5 | Página

Los satélites siguen una órbita no geoestacionaria y casi circular de un radio de

26.560 Km, a una altura aproximada de la superficie de la tierra de 20.200 Km. La

velocidad de los satélites es de unos 3.218 Km/h, esta velocidad les permite dar

dos veces la vuelta al planeta cada 24 horas. Cada satélite invierte 11 horas y 58

minutos en dar una vuelta completa a la tierra. Las órbitas de los satélites se

distribuyen en seis planos orbitales, inclinados 55° respecto del ecuador terrestre,

cada plano orbital contiene 4 satélites operativos más uno de reserva.

El diseño de estas órbitas asegura que desde cualquier punto de la Tierra y en

cualquier momento un receptor pueda recibir la señal de cuatro satélites como

mínimo.

GPS ofrece dos servicios mediante dos señales diferentes, un servicio de carácter

civil y otro de carácter militar:

(a) El servicio SPS (Stándar Positioning Service) servicio de posicionamiento

estándar, contiene la señal de uso civil. Se emite en abierto y cualquier

receptor GPS puede utilizarlo. Es la señal que usan los receptores y

navegadores GPS, que tan populares son hoy en día integrados en los

teléfonos inteligentes o en los navegadores de los coches.

(b) El servicio PPS (Precise Positioning Service) servicio de posicionamiento

preciso, contiene la señal de uso militar. Está reservado al ejército y a la

administración de E.U.

Cuando el sistema se puso en marcha en sus orígenes, se insertaban errores

variables de tiempo a la señal civil (SPS) para crear imprecisión en los receptores

de uso civil. La máxima precisión quedaba restringida de esta manera para ser

obtenida por los receptores de uso militar.

Cada satélite transmite dos señales de radio portadoras en la banda L moduladas

con la técnica del espectro disperso del inglés (Spread Spectrum). Estas señales

se conocen como L1 y L2 [2].


6 | Página

1.1.2 Constelaciones GNSS actuales y previstos

Los GNSS son constelaciones de satélites diseñados para proporcionar

información de posicionamiento y sincronización para los usuarios en la Tierra o

en el espacio. Actualmente, el GNSS más utilizado ampliamente es el GPS. El

sistema fue diseñado y realizado por el Departamento de Defensa de los EE.UU. y

desde que fue encargado, se ha ampliado de manera que pocos habrían predicho.

Además de las aplicaciones militares, han aparecido un gran conjunto de usuarios

y aplicaciones del sector comercial y público.

Una exhaustiva lista representativa de tales aplicaciones incluye: la colocación de

los receptores GPS en boyas oceánicas para medir la altura de las olas y la

dirección, el seguimiento de las deformaciones de la corteza de la Tierra y la

detección de la atmósfera usando técnicas de ocultación.

Además del GPS, el GNSS es otro sistema que está en pleno funcionamiento, otro

sistema que apareció recientemente es GLONASS de la Federación Rusa.

GLONASS mantuvo una constelación completa de 24 satélites, el cual fue

reducida de diez a ocho satélites de trabajo en 2001. En los últimos años, la

incertidumbre sobre el futuro del sistema GLONASS ha limitado la demanda y la

disponibilidad de receptores para procesar las señales. Mientras que no esté claro

cuál será el futuro de GLONASS, en la actualidad parece que hay un

resurgimiento en la disponibilidad de las señales GLONASS y los receptores que

pueden procesar las señales [5].

A pesar de la popularidad de los GPS, muchos usuarios están interesados en

sistemas alternativos. Esto está motivado en parte por el hecho de que el GPS es

un sistema operado y controlado por el Departamento de Defensa de EE.UU.

Algunos usuarios pueden conservar una capacidad de navegación distinta al

GPS.


7 | Página

La constelación GALILEO es el esfuerzo europeo para proporcionar una

alternativa y un complemento a los GPS. El primer satélite GALILEO fue lanzado

en diciembre de 2005 y transmitió señales de prueba poco después. La

constelación Galileo se convirtió en operativo a partir del 2010. Además del GPS y

GALILEO hay otros sistemas que componen el GNSS, tales como el GLONASS

sistema de posicionamiento de Rusia y COMPASS, diseñado e implementado por

China y actualmente cuenta con una base de usuarios cada vez mayor en esa

región. El COMPASS actualmente se encuentra en fase de validación, en está

órbita (IOV), empezó su funcionamiento en la región Asia-Pacífico desde el año

2010. Numerosos lanzamientos adicionales fueron programados para contar con

una Constelación Completamente Operativa (FOC) de 5 satélites geoestacionarios

y hasta 30 satélites de órbita terrestre en medida que proporcionan una cobertura

global [5].

1.1.3 Señales GNSS

El total de las señales GLONASS, GPS y Galileo conforman las señales GNSS.

Para cada sistema de satélites la señal tiene características específicas, cada

sistema intenta ser compatible con los otros a fin de evitar las interferencias y la

atenuación entre las señales. Es importante tener en cuenta que el tratamiento de

todas las señales debe realizarse con el mismo tipo de receptor, por lo tanto el

diseño y construcción de un receptor es complejo. El plan de frecuencias GNSS

deberá respetar los reglamentos de radio a medida que se discutieron y acordaron

en foros de la UIT. El espectro disponible que se puede utilizar en el desarrollo de

SRNS (Sistemas de Radionavegación por Satélite) se muestra en la figura 1.4 [22].


8 | Página

Figura 1.4 Sistemas de radio navegación por satélite, Espectro de frecuencias definidas para

GNSS [38].

Los satélites del sistema GPS transmiten su información principalmente en dos

frecuencias de uso civil que son L1 y L2, más el mensaje de navegación que está

asociado a los códigos asignados como son el código de Adquisición

Aproximativa (C/A) y Código de Precisión (Código P). En la frecuencia L1 sólo se

transmite en la portadora el código de Adquisición Aproximativa o Código (C/A) y

en la frecuencia L2 se transmite en la portadora con el Código de Precisión o

(Código P), el código P que empezó con la generación del Bloque IIR-M

(Segundo Remplazo Modernizado) de satélites GPS. El código C/A es utilizado

por los receptores civiles para localizar la posición. El código se utiliza para

determinar la pseudodistancia (la distancia evidente para el satélite), que se utiliza

entonces por el receptor GPS para determinar la posición. El código C/A es más

robusto en comparación con el código P. El código P es más preciso, pero está


9 | Página

encriptado en el Código Y (por algo llamado anti-Spoofing) y no puede ser

decodificada sin tener una clave para el cifrado. Esto no está disponible para

usuarios civiles. La frecuencia L5 está disponible sólo para demostración en un

satélite GPS. Con la señal L5 se piensa la modernización del GPS, los beneficios

de la señal L5 cumplen con los requisitos críticos de seguridad para las

aplicaciones necesarias de la vida diaria, tales como la aviación civil, también tiene

beneficios como: Mejora de la corrección ionosférica, redundancia de la señal,

mejora de la precisión de la señal, mejora el rechazo a la interferencia [11]

Los satélites del sistema GLONASS, contiene un sistema de doble uso, para

proporciona una señal de alta precisión para uso militar y una señal de precisión

estándar para el uso civil de manera gratuita. Para una mejor distinción del GPS,

las frecuencias de las portadoras se indican utilizando la letra G en lugar de la

letra L en el sistema GLONASS y la tercera frecuencia de la portadora se describe

como G3. GLONASS implementa la técnica de Acceso Múltiple por División de

Frecuencias (FDMA) a diferencia de otras señales de otros satélites. De esta

manera las señales GLONASS son más resistentes a las interferencias de banda

estrecha y además de la correlación cruzada entre las distintas señales

GLONASS. Cada satélite GLONASS proporciona continuamente señales de

navegación. Con el código C/A (también indicado como código-S) para uso civil y

la alta precisión de la señal, es decir, el código P, en dos sub bandas de la banda

L, denotadas como G1 y G2. El código C/A se transmite solo sobre la portadora

G1, mientras que el código P es modulada tanto en G1 y G2. En el curso de la

modernización del sistema GLONASS se ha añadido una norma para la precisión

de la señal en G2 en los satélites M-GLONASS. El código C/A de GLONASS tiene

una longitud de onda efectiva de unos 600 metros y el valor respectivo del código

P es de unos 60 m [11].

Los satélites del sistema Galileo el rango de sus frecuencias está designado

específicamente para propósitos civiles y comerciales para los servicios


10 | Página

ferroviarios, conducción de automóviles o el control del tráfico aéreo, etc.).El

sistema Galileo usa 10 radiofrecuencias divididas en esta forma:

(a) 4 frecuencias en el rango de 1164 -1215 MHz (E5A-E5B)

(b) 3 frecuencias en el rango de 1260 -1300 MHz (E6)

(c) 3 frecuencias en el rango de 1559 – 1591 MHz (L1)

Debido a las divisiones de frecuencia los usos multimodales se presentan con 5

servicios y con sus respectivas frecuencias como lo son:

(a) Servicio Abierto (OS) con las frecuencias E5A, E5B, E1.

(b) Servicio para Aplicaciones Críticas (SoL) con las frecuencias E5A, E5B, E1.

(c) Servicio Comercial (CS) con la frecuencia E6.

(d) Servicio Público Regulado (PRS) con frecuencias E6 y E1.

(e) Servicio de Salvamento, Búsqueda y Rescate (SAR) [7].

La función principal en el receptor con respecto a una señal proveniente de un

satélite es la reconstrucción tanto de las portadoras como la extracción de códigos

y mensajes de navegación. En particular, la adquisición de código puede ser muy

crítica, porque es la primera operación realizada por el receptor para poder medir

la distancia del receptor al satélite, se puede realizar de distintas formas como lo

es la (Pseudodistancia o Código), (Diferencia de fase o Fase), o mediante

(Medición por cuenta Doppler), el receptor cuenta las coordenadas en cada

instante de los satélites a su alcance. Teniendo los datos de las distancias y las

coordenadas de los satélites a través de la intercesión se encuentran las

coordenadas del punto [6].

http://es.wikipedia.org/wiki/Control_del_tr%C3%A1fico_a%C3%A9reo


11 | Página

Actualmente algunos receptores del tipo geodésicos están disponibles en el

mercado, debido a que el GPS y GLONASS están simultáneamente en ambas

frecuencias, en particular, el receptor Ashtech Z 18 y los del mismo nombre que la

empresa TPS (Topcon Positioning Systems) [22]. El sistema GNSS ha

evolucionado para transmitir nuevas señales civiles en diferentes bandas de

frecuencia las cuales se componen de dos canales, es decir, canal de datos y

canal piloto (sin datos) (por ejemplo: Galileo E1, OS, E5, E6, GPS, L5, L2C, L1C).

Los receptores están diseñados para diferentes frecuencias y estos receptores

podrán tener combinaciones de frecuencias que los hacen especiales como lo

son:

(a) El primer tipo podría procesar todas las señales GNSS, GPS L1, L2, L5 y

Galileo OS, CS utilizando L1, E5 y E6, también GLONASS L1 y L2.

(b) El segundo tipo utiliza señales y códigos libres, GPS L1 y L2C y Galileo

Servicio abierto (OS), en L1 y E5.

(c) El tercer tipo utiliza L1 y E5.

(d) El cuarto tipo utiliza GPS L1 y L2

(e) El quinto tipo utiliza señales de GLONASS y GPS [6].

Para una mejor visualización de las bandas que utiliza los sistemas GPS,

GLONAS y GALILEO se muestra la tabla 1.1, que contiene el nombre de la

frecuencia, rango de frecuencia según sea el sistema GNSS[44].


12 | Página

Tabla 1.1 Nombres y números de frecuencias para un GNSS

Nombre de frecuencias Frecuencias

GALILEO

Primeras 4 frecuencias E5A (E5A-I,E5A-Q) E5 E5B (E5B-I,E5B-Q)

Rango 1164 - 1214 MHz Centrada en 1176.45 MHz Centrada en 1191.795MHz Centrada en 1207.140Mhz

Segundas 3 frecuencias E5A E5 E5B

Rango 1260 - 1300MHz Centrada en 1278.750

Terceras 3 frecuencias E1A E1 E1B

Rango 1559 -1591 MHz Centrada en 1575.420

E1 denotada como L1 E5 denotada como E5A+E5B E5A denotada como L5

L1C L2C L5

1575.42MHz 1227.60MHz 1176.45MHz

GPS

G1 G2 G3

1602.000MHz 1246.000MHz 1204.704MHz

GLONASS


13 | Página

1.1.4 Navegación por satélite independiente

Este es el método básico de navegación GNSS, donde sólo se utilizan las señales

recibidas desde una constelación GNSS, tales como el Servicio de

Posicionamiento Estándar (SPS) del GPS a disposición del público. Esto incluye

aplicaciones tales como ayudar a los barcos a encontrar su ruta dentro y fuera de

los puertos que utilizan sólo un receptor independiente. El rendimiento de un

receptor independiente GNSS es suficiente, sólo para un número limitado de

aplicaciones. Un sistema autónomo SPS requiere de una mayor precisión, por

esta razón GNSS se combina a menudo con otros sensores y señales [5].

1.1.5 GNSS y la navegación integrada

Mientras que GNSS proporciona un nivel sin precedentes de precisión y ubicuidad

en la navegación, tiene deficiencias conocidas. Muchos de estos inconvenientes

se pueden restringir de manera significativa mediante el uso de sistemas de

navegación integrados. Por ejemplo, una de tales deficiencias es la susceptibilidad

a las señales no intencionales o maliciososas de la Interferencia de Radio

Frecuencia (RFI) o interferencia, esto puede hacer que la señal no pueda

proporcionar una exactitud o proporcionar una solución para la orientación, que es

una característica indispensable en la navegación y de guía de vehículos. A pesar

de que el uso del GPS en la determinación de la exactitud, se ha demostrado con

un éxito considerable que requiere receptores especializados y múltiples antenas

separadas por una cierta distancia. Los inconvenientes indicados anteriormente

pueden ser mitigados mediante el uso de sistemas multisensores de navegación o

integrados. Los sistemas de navegación integrados de múltiples sensores generan


14 | Página

una estimación del vector de estado de navegación de un vehículo. Los Sistemas

de Navegación Inercial (INS) se han integrado con el GNSS con un éxito

considerable. Esta fusión entre GNSS e INS es complementaria: el INS ayuda a

mitigar la deficiencia del GNSS y viceversa. Otros sensores también son

integrados al sistema GNSS como referencia de apoyo como lo son el altímetro,

LIDAR, magnetómetros, y otros sistemas de Radio Frecuencia (RF) [5].

1.1.6 Navegación interior GNSS

La navegación por satélite fue diseñada principalmente para aplicaciones en

exteriores con una línea de visibilidad a los satélites. Sin embargo, hay una

demanda creciente de un dispositivo de navegación que funcione de forma fiable

en los interiores. En los interiores las señales son débiles y reflejadas, estas

señales se pueden utilizar para generar una estimación de la posición. En el caso

del GNSS, las señales necesitan ser aumentadas con sensores externos para

funcionar con precisión en el interior. Estos sensores podrían incluir otras señales

de RF a frecuencias que penetren en los edificios u otras fuentes externas de

información que se pueden utilizar cuando las señales GNSS no están

disponibles. Un sistema para la navegación interior fiable utilizando GNSS sigue

siendo objeto de muchas investigaciones y se verá favorecido por la adición de

nuevas señales y satélites [5].


15 | Página

1.2 Posicionamiento GNSS

El posicionamiento GNSS se basa en un proceso llamado "trilateración", en pocas

palabras, cuando no se conoce la posición, pero sí se conoce la distancia de tres

puntos conocidos, se puede obtener su ubicación.

Cuando alguien está a 3 Km de la casa de una persona. Ese alguien está en un

círculo de 3 kilómetros de la persona, como se muestra en la figura 1.5.

Figura 1.5 Trilateración – Para conocer una distancia

Pero si también se sabe que ese alguien está a 4 Km de la casa de la persona B,

se tendrá una mejor idea de dónde se encuentra, ya que sólo existen dos lugares

(X y Y) en ambos círculos, como se muestra en la figura 1.6.


16 | Página

Figura 1.6 Trilateración – para conocer dos distancias

Con una tercera distancia, sólo puede estar en un lugar físico. Si ese alguien está

a 6 km de la casa de la persona C, se tiene que estar en la posición X ya que este

es el único lugar en el que los tres círculos (distancias) se encuentran como se

muestra en la figura 1.7.

Figura 1.7 Trilateración para conocer tres distancias


17 | Página

1.3 GPS

El GPS se considera como una de las principales técnicas geodésicas especiales

de posicionamiento, es decir el GPS es una técnica ideal para unir dos puntos en

un espacio curvado y tratar que la trayectoria sea la de menor longitud así como

los demás sistemas que se han descrito. El 14 de diciembre de 1973, el

Departamento de Defensa de los EE.UU y en concreto la Fuerza Aérea de los

EE.UU aprobó el desarrollo del sistema GPS: El termino GPS proviene de la

abreviación de NAVSTAR GPS, donde NAVSTAR es la constelación de satélites

y GPS es como se le denomina al sistema, las siglas en ingles de Navigation

System with Timing and Ranging Global Positioning System, es decir, Sistema de

Posicionamiento Global y Sistema de Navegación con Sincronización de Tiempo y

Medición de Distancia. El primer satélite GPS se puso en órbita el 22 de febrero de

1978.

En 1994 se tenían disponibles 24 satélites en la constelación de GPS, el 27 de

abril de 1995 inició del desarrollo del sistema, se declaró completamente operativo

el sistema GPS [2]. La arquitectura del sistema GPS consta de tres conjuntos de

equipos o sistemas denominados segmentos, que están claramente diferenciados:

(a) Segmento espacial: Formado por los satélites que están en órbita y que

difunden señales de navegación. “un conjunto de satélites que emiten

señales electromagnéticas”.

(b) Segmento terreno: Formado por las infraestructuras en Tierra que

permiten controlar el funcionamiento de los propios satélites, preparar y

suministrar los datos de navegación que serán transmitidos por los satélites.

”Los receptores que reciben dichas señales”.

(c) Segmento usuario: Está constituido por todos los equipos receptores en

tierra, mar o aire que reciben la señal de los satélites y la utilizan para

posicionarse o navegar, da lugar a las diferentes aplicaciones [2].


18 | Página

1.4 GLONASS

GLONASS deriva de la abreviatura rusa "Global'naya Navigatsionnaya

Sputnikovaya Sistema ", traducida a su equivalente en Inglés, esto significa

Sistema de Navegación Global por Satélite. A mediados de 1970, la antigua

Unión de Repúblicas Socialistas Soviéticas (URSS), iniciaron el desarrollo de

GLONASS en base a las experiencias con el sistema de satélites Doppler Tsikada.

Tras Polischuk, la academia M.F. Reshetnev’s empresa estatal de mecánica

aplicada ha sido la principal responsable del desarrollo general y la aplicación del

sistema. El desarrollo, la fabricación de los satélites, las instalaciones de

lanzamiento y el correspondiente sistema de control son las tareas de esta

empresa [11].El propósito de GLONASS es proporcionar a un “número ilimitado de

usuarios ya sea por aire, mar y cualquier otro tipo de usuarios con todo tipo de

clima con posicionamiento tridimensional, medir la velocidad y el momento en

cualquier lugar del mundo o en el espacio cercano a la Tierra", sobre una base

continua, es decir, en cualquier momento. Operado por las fuerzas militares rusas,

GLONASS es un sistema militar. Esta es la razón por la que casi no hay

información detallada que se da a conocer.

El 12 de octubre de 1982, el primer satélite GLONASS junto con dos satélites de

prueba se puso en marcha, pero ninguno de los tres satélites entró en

funcionamiento. Por lo general, los satélites GLONASS se lanzan tres a la vez. En

enero de 1984, en un escenario de prueba de cuatro satélites se desplegó con

éxito. Según Polischuk, este escenario de prueba pertenece a la primera fase que

se extiende desde 1983 hasta finales de 1985 y que cubre principalmente las

pruebas experimentales y mejoras del concepto del sistema. Durante la segunda

fase que abarca 1986-1993, la constelación orbital aumentó a 12 satélites, se

completaron las pruebas de vuelo y el sistema inicial comenzó la operación.


19 | Página

1.5 GALILEO

El Sistema de Navegación Global por Satélite Galileo, es un proyecto financiado

y desarrollado entre la Unión Europea y la Agencia Espacial Europea (ESA), con

el objetivo de tener un propio sistema de posicionamiento de alta precisión con el

objetivo de evitar la dependencia de los sistemas GPS y GLONASS. El concepto

general y la arquitectura de Galileo son similares a la de GPS y GLONASS como

se muestra en la figura 1.8. Sin embargo, se requiere una categorización

adicional, Galileo define tres componentes principales que son [51]:

(a) Componente Global

(b) Componente Regional

(c) Componente Local

El componente global es el elemento central de Galileo y se subdivide en el

segmento espacial y el segmento terrestre [11].

Figura 1.8 Arquitectura Galileo


20 | Página

1.5.1 Servicio GALILEO

Europa ha optado por un enfoque orientado a servicios para el diseño de Galileo.

Durante la fase de definición, los requisitos de los usuarios se han clasificado en

cuatro diferentes niveles de servicio.

(a) El servicio por satélite sólo se basa únicamente en las señales de los

satélites Galileo. Este servicio está disponible a nivel mundial e

independiente.

(b) Aumento de la prestación del servicio por satélite sólo por la

intensificación local o información de asistencia a nivel local con servicios

asistidos.

(c) El servicio EGNOS se concentra en el uso combinado de Galileo y una

futura evolución de EGNOS para proporcionar un máximo de integridad.

(d) Finalmente, el nivel de servicio combinado describe el uso de Galileo en

combinación con otros GNSS u otros medios de sistemas de navegación [43].

Las necesidades de los usuarios, operativas y de aplicación se han consolidado

en el servicio por satélite Galileo. El servicio por satélite Galileo sólo se subdivide

en cuatro tipos de navegación con diferentes servicios y un servicio para apoyar

las operaciones de búsqueda y rescate.

El uso de varias señales y frecuencias aumenta el rendimiento, disminuye la

interferencia y aumenta la resistencia, pero al mismo tiempo aumenta los

requisitos tecnológicos. Las bandas de frecuencia se superponen en parte con las

bandas de frecuencia de otros GNSS para aumentar la compatibilidad e

interoperabilidad. Los receptores de una sola frecuencia de Galileo

proporcionarán un rendimiento comparable al de GPS, los receptores de código

C/A [11].


21 | Página

Debido a las características de cada sistema se hace un resumen de los datos

sobresalientes en la tabla 1.1.5.1 [12].

Tabla 1.1.5.1 Características principales de los sistemas GPS, GLONASS, Galileo

Características GPS GLONASS Galileo

Primer lanzamiento

Plena capacidad Operativa

Financiamiento

Febrero 2,19782

Julio 17,1995

Público

Octubre 12,1982

Enero 18,1996

Público

Diciembre 28, 2005

2012/2013

Público y Privado

Planos orbitales

Inclinación Orbital

Semieje mayor

Separación de planos orbitales

Periodo de vuelta

Datos de Efemérides

6

55º

26 560Km

60º

11h 57.96min

Elementos Kepler

Coeficiente de

corrección

3

64.8º

25 508 Km

120º

11h15 .73 min

Posición, Velocidad,

Vectores de

Aceleración

3

56

29 601K

120º

14 h4.75min

Elementos Kepler

coeficientes de

corrección

Sistema de Referencia Geodésico

Sistema de tiempo

WGS-84

Tiempo, UTC

(USNO)

PE-90

Tiempo, UTS (SU)

GRTFº

Tiempo del Sistema

Galileo

Separación de la señale CDMA FDMA CDMA

Numero de códigos 11 6 10

Números de frecuencias 3 Una por dos

antípodas

10


22 | Página

1.6 Aplicaciones GNSS actuales

Actualmente el GNSS es utilizado principalmente tanto por militares como civiles.

Las señales GNSS en muchos casos son gratuitos y están disponibles a nivel

mundial, se utilizan para avanzar en aplicaciones que fueron pioneros con el GPS,

independientemente del GNSS utilizado. Se agrupan las aplicaciones en

diferentes categorías:

Servicios Basados en Localización (LBS): Son servicios de navegación personal

como: smartphones, tabletas, cámaras digitales, ordenadores portátiles y los

ingresos de datos móviles. Estas aplicaciones son para ayudar a la gente a

navegar a pie. Un ejemplo más de esto es ampliamente conocido, los dispositivos

de navegación personales utilizados por los excursionistas. Esta tecnología está

abriendo camino en los teléfonos celulares y PDAs, ampliando la navegación por

satélite a un nuevo gran grupo de usuarios.

Las aplicaciones en la aviación: los dispositivos certificados GNSS para la aviación

comercial, regional, general de negocios y de dispositivos no certificados ayudan

a los pilotos que vuelan bajo las Reglas de Vuelo Visual (VFR). Esto incluye la ruta

de la navegación, así como la aproximación de precisión y aterrizaje, estas

aplicaciones exigen un alto nivel de rendimiento en términos de precisión y

robustez.

Aplicaciones para Carretera: Dispositivos Personales de Navegación (PNDs) y el

Sistemas a Bordo del Vehículo (IVS) utilizados para la navegación; dispositivos

utilizados para la Ruta de Carga del Usuario (RUC), Pay-Per-Use (PPUI),

Sistemas Avanzados de Asistencia al Conductor (ADAS) y otros dispositivos de

apoyo a Sistemas de Transporte Inteligentes (ITS), las aplicaciones y los ingresos

de datos para los servicios de información de tráfico.


23 | Página

Aplicaciones para la automoción: Los sistemas basados en GNSS han permitido el

desarrollo de muchas aplicaciones de automoción que mejoran la facilidad de

operación. Los sistemas más simples y más ampliamente utilizados proporcionan

controladores con instrucciones para llegar del punto de partida hasta su destino

con un mínimo de desvíos. Un ejemplo de esta aplicación es la estimación de los

parámetros del vehículo en tiempo real para mejorar las características de manejo

del vehículo.

Señal débil de la navegación: Son aplicaciones en las que la calidad de la señal

GNSS es pobre. Por ejemplo, en ciertas aplicaciones tales como la navegación en

los interiores, la solución GNSS tiene que ser optimizada para un rendimiento

robusto en algunos entornos en los que la señal está muy atenuada. En estas

aplicaciones independientes el posicionamiento GNSS no es fiable.

Aplicaciones marinas: esta es una de las aplicaciones civiles originales para el

GPS, esto es debido a las claras vistas desde el cielo y la precisión modesta de la

mayoría de las aplicaciones marítimas. Los receptores GPS actualmente se han

convertido en el equipo estándar para barcos de todos los tamaños y se realiza un

servicio muy valioso a la comunidad marítima mundial. La mayoría de las

aplicaciones marinas utilizan algún tipo de navegación autónoma que son

dispositivos GNSS para apoyar la navegación en general, el Sistema de

Identificación Automática (AIS), el Sistema de Largo Alcance de Identificación y

Seguimiento (LRIT), operaciones portuarias (incluyendo unidades portátiles piloto),

localización y rastreo de faros.

Aplicaciones espaciales: Los receptores GPS han demostrado ser una

herramienta muy valiosa a bordo de los satélites que orbitan la Tierra. Se han

utilizado principalmente en satélites de Órbita Terrestre Baja (LEO), pero su uso

está actualmente en expansión en los vehículos espaciales que funcionan en las

zonas altas. En aplicaciones espaciales, el GPS tiene el potencial para ser

utilizado como un sensor de determinación de altitud [55].


24 | Página

Agricultura, silvicultura y exploración de recursos naturales: Los dispositivos GNSS

utilizados para la guía de tractor, dirección automática, gestión de activos. Estas

diversas aplicaciones incluyen el monitoreo geológico, la gestión forestal, la

minería y la explotación petrolera. Estas aplicaciones combinan a menudo las

mediciones de campo GNSS con las herramientas del sistema de información

geográfica para producir exactitud, mapas regionales para el seguimiento y la

gestión de recursos.

Geodesia y topografía: Esta aplicación es quizá el mejor ejemplo de los beneficios

directos que han resultado de la disponibilidad pública de las señales GPS.

Geodesia, las aplicaciones requieren información de posicionamiento de precisión

a nivel de centímetro o milímetro e incluyen aplicaciones como el seguimiento de

los movimientos de las placas de la corteza de la Tierra o plataformas de hielo. Del

mismo modo, la topografía GNSS se ha generalizado y regularmente tiene

requisitos de precisión más relajadas.

Aplicaciones científicas: Además de la geodesia y la topografía se intenta utilizar el

GPS en una serie de campos de investigación científica. Estos incluyen el uso de

señales GPS para la teledetección de los estudios ambientales, del espacio y

tiempo. En la gráfica 1.1 se ilustra el porcentaje de estas aplicaciones [55].

Si bien lo anterior no es de ninguna manera una lista exhaustiva de las

aplicaciones que muestra la utilidad y versatilidad de GNSS. Un área de aplicación

amplia y rápida de expansión es el de las normas de sincronización y de

frecuencia. En esta aplicación se usa el tiempo basado en GNSS para sincronizar

grandes redes de telecomunicaciones. La utilidad y versatilidad aumenta más si se

tiene en cuenta la fusión de GNSS con otros sensores complementarios. Esto no

sería posible para las aplicaciones sólo con GNSS. Este incremento en el

rendimiento puede ocurrir en una de las siguientes maneras:

(a) Los otros sensores complementarios pueden proporcionar una velocidad o

una solución de sincronización de posición cuando las señales GNSS no están

disponibles o son de mala calidad [18].


25 | Página

(b) La información de los otros sensores complementarios mejora la robustez y

precisión de la capacidad de los receptores del GNSS para rastrear las

señales. Es decir, la información de los otros sensores se puede utilizar para

afectar la forma en un receptor GNSS que procesa las señales de satélite

recibidas [5].

Gráfica 1.1 Distribución de aplicaciones en los sistemas GNSS [55].


26 | Página

1.6.1 Crecimiento del sistema GNSS

En la próxima década, la base instalada de dispositivos GNSS aumentará casi

cuatro veces, impulsado en gran medida por el aumento de la penetración en

regiones fuera de Europa y América del Norte. Para el año 2022 se tendrá un gran

número de dispositivos, casi un receptor GNSS por cada persona en el planeta,

tiene el potencial de ofrecer importantes beneficios adicionales, especialmente en

términos de ahorro de tiempo y batería, así como aumento de la eficiencia.

Se espera que el número de dispositivos GNSS aumente en Europa y América del

Norte de 1 a 3 por habitante durante la próxima década, los servicios basados en

la localización. Para el resto del mundo, el rápido crecimiento verá un aumento de

1 dispositivo por cada 10 habitantes a 1 por cada 2 habitantes durante la próxima

década, como se muestra en la gráfica 1.2.

Los teléfonos inteligentes dominan los ingresos mundiales GNSS y se están

expandiendo en otros segmentos de mercado. Las nuevas capacidades de un

teléfono inteligente y los dispositivos LBS apoyan cada vez más la navegación y

servicios en otras aplicaciones.

Está previsto que los LBS tengan un mayor ingreso que en el segmento de

mercado por carreteras, donde el mercado del PND sigue disminuyendo, siendo

desplazado por el uso de los teléfonos inteligentes en los coches. Los dispositivos

LBS también se están utilizando cada vez más, generalmente en aviación y en la

marina. Las nuevas aplicaciones se introducen y los consumidores continuamente

han comenzado a apreciar las capacidades de LBS en su vida cotidiana [55].


27 | Página

Gráfica 1.2 Bases instaladas de dispositivos GNSS por región.

Los precios competitivos han hecho que los teléfonos inteligentes sean más

accesibles y la cuota de mercado está aumentando en comparación con los

teléfonos móviles tradicionales sin capacidad GNSS que conduce a un aumento

en la penetración de GNSS, especialmente en los países que tienen ingresos más

bajos [55].


28 | Página

CAPÍTULO 2 | “Errores en

GNSS”


29 | Página

2.1 Errores de datos

Los errores que se muestran en la tabla 2.1 afectan la precisión de la

determinación de la pseudodistancia GNSS estándar, es decir, la determinación

de la pseudodistancia de los 4 o más satélites se ve afectada por cada parámetro

de la tabla [6].

Tabla 2.1 Sistemas de error GNSS

Fuente de contribución Rango de error

Retardo ionosférico ± 5 𝑚

Retardo troposférico ± 0.5 𝑚

Múltiples trayectos ± 1 𝑚

Error de orbita ± 2.5 𝑚

Reloj del satélite ± 2 𝑚

Error en el receptor ± 0.3 𝑚

Los errores GNSS normalmente se agrupan en seis clases:

(a) Ionosférico: Los errores en la corrección de las mediciones de pseudodistancia

son causados por efectos ionosféricos (electrones libres en la ionosfera).

(b) Troposféricas: Los errores en las correcciones de mediciones virtuales

causada por efectos de la troposfera; temperatura, presión, humedad contribuyen

a variaciones en la velocidad de la onda.


30 | Página

(c) Múltiples rutas: Los errores causados por señales reflejadas que entran en la

antena del receptor.

(d) Efemérides: Errores en datos de efemérides de los parámetros transmitidos en

los mensajes de navegación por satélites de las verdaderas posiciones.

(e) Reloj del satélite: Errores de reloj en la transmisión de datos por el GNSS.

(f) Errores en el receptor: El rango de errores en las mediciones de los receptores

causado por ruido térmico, la exactitud de software y los voltajes de polarización

entre canales [6].

2.2 Errores por la propagación ionosférica

En un sistema de comunicaciones satelitales, la señal siempre atraviesa la

ionosfera esta por sus características afecta a la señal de diferentes maneras. La

ionosfera es un medio de dispersivo que produce en la señal un índice de

refracción distinto en el periodo que tarda en atravesar esta capa, este índice de

refracción depende de su frecuencia, por lo tanto una señal que atraviesa la

ionosfera sufre una distorsión provocada por el desfasamiento de sus

componentes espectrales. De este modo, las señales que viajan a través de este

medio son afectadas. Como la ionosfera es un medio dispersivo, las señales

GNSS refractadas dependen de sus frecuencias (como la inversa al cuadrado).

Dando como resultado que la velocidad de grupo y la velocidad de fase se vean

involucradas con el índice de refracción en la ionosfera generando un retardo en

la señal. En el vacío la velocidad de fase y la velocidad de grupo son lo mismo,

pero en las condiciones reales, este no es el caso. En un medio dispersivo, la

velocidad de propagación de una onda electromagnética depende de su


31 | Página

frecuencia. Según el medio, las velocidades de propagación de una onda

sinusoidal y un conjunto de ondas son diferentes. La velocidad de propagación de

una onda sinusoidal es la tasa a la cual la fase de la misma señal se propaga en el

espacio con una longitud de onda uniforme es la velocidad de fase, mientras que

la velocidad de propagación de la onda en grupo se refiere como velocidad de

grupo donde la velocidad de fase se define por la velocidad angular de la onda

definida por 𝜔 y del vector de onda 𝑘 por la relación:

𝑣𝑝ℎ = 𝜔

𝑘 (2.1)

Se puede diferenciar que la velocidad de fase no es igual a la velocidad de

grupo. La velocidad de grupo de una onda es la tasa a la cual viaja la energía

almacenada en la onda es decir las variaciones en la forma de la amplitud de la

onda (también llamada modulación o envolvente) se propaga en el espacio

definida por la siguiente ecuación[52]:

𝑣𝑔𝑟 = 𝑑𝜔

𝑑𝑘 (2.2)


32 | Página

Estas ecuaciones sirven para describir el efecto de retardo producido por la

ionosfera [19].

La característica de la propagación de una onda electromagnética en el espacio se

define por su frecuencia y longitud de onda. La ionosfera produce un plasma

ionizante de electrones libres que actúan como un medio dispersivo para

señales GNSS, donde la ubicación particular de la ionosfera en la Tierra está

alternadamente iluminada por el Sol y en consecuencia, la característica de la

exposición de la ionosfera ante el Sol es una variación diurna en el que la

ionización suele ser máxima a las 2 la tarde y mínima un par de horas después de

medianoche como se muestra en la figura 2.1, con el fin de ilustrar este efecto se

presentan la ionosfera como un capa única variante del día y de la noche, donde

se aproxima más al plano terrestre y en la noche se convierte en una capa muy

tenue de forma lejana a la Tierra. Otras variaciones en la ionosfera son el

resultado de cambios en la actividad solar.

Figura 2.1 Variación diurna y nocturna de la ionosfera [19]


33 | Página

El principal efecto de la ionosfera en las señales GNSS es cambiar la velocidad de

propagación de la señal, en comparación con el espacio libre. La modulación de la

señal (el código y el flujo de datos) se retrasa, mientras que la fase de la portadora

se adelanta por la misma cantidad. En la medida de la pseudodistancia que se

utiliza para medir la distancia entre receptores y satélites, la pseudodistancia

puede ser de código o fase. Una pseudo-distancia se representa en la figura 2.2

[41].

Donde la diferencia entre el código recibido por el satélite es diferente al código

generado por el receptor esta diferencia se conoce como pseudodistancia y

algunos autores lo consideran como retardo [19].

Figura 2.2 Pseudodistancia [16]

La magnitud del error es directamente proporcional al Contenido Total de

Electrones (TEC). El TEC varía por la no homogeneidad espacial de la ionosfera.

Estas variaciones temporales son causadas no sólo por la dinámica de la

ionosfera, sino también por los rápidos cambios en la trayectoria de propagación

debido al movimiento del satélite, así como se tienen diferentes retardos debido a


34 | Página

los fenómenos naturales del día y la noche. El retardo de la señal de un satélite

al receptor en el cenit varía típicamente aproximadamente 1m por la noche y de 5

a 15m durante la tarde. El retardo es considerablemente menor en la noche que

en el día, en los ángulos de baja altitud la trayectoria de propagación a través de

la ionosfera es mucho más larga, por lo que los retrasos típicos correspondientes

pueden aumentar hasta varios metros por la noche y por lo tanto como 50 m

durante el día [10].

2.3 Errores en la propagación troposférica

Para poder entender este error se debe recordar que la troposfera es una subcapa

de la atmósfera que está en contacto con toda la superficie terrestre, es decir la

primera subcapa que se encuentra hacia la salida al espacio exterior. Esta

subcapa es mucho menos densa en las capas polares (zonas de latitudes altas) y

es mucho mayor en el ecuador (latitudes bajas). La altura varía en función del año,

es más alta en verano y más estrecha en invierno, esta es la que contiene el

mayor porcentaje de la masa total que todas las demás capas. Se caracteriza por

el cambio de temperatura conforme cambia la altura, la temperatura y el contenido

en vapor de agua disminuye rápidamente con forme la altitud [20].

El efecto de la troposfera en las señales GNSS aparece como un retardo adicional

en la medición de la señal que viaja desde el satélite al receptor. Este retardo

depende de la temperatura, la presión, la humedad, así como la ubicación del

transmisor y receptor de las antenas por la siguiente expresión


35 | Página

Δ =∫(𝑛 − 1)𝑑𝑙 𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎 𝑟𝑒𝑐𝑡𝑎 (2.3)

Que se puede escribir como:

𝑇 = ∫(𝑛 − 1)𝑑𝑙 = 10−6 ∫ 𝑁𝑑𝑙 (2.4)

Donde n es el índice de refracción del aire y N=10−6(𝑛 − 1) es la refractividad. La

refractividad se puede dividir en componente hidrostática (gases secos

principalmente N2 y O2) y componente húmeda es decir, vapor de agua,

componentes N = 𝑁ℎ𝑖𝑑𝑟𝑜𝑠𝑡𝑎𝑡𝑖𝑐𝑎 + 𝑁𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎

Cada uno de estos componentes tiene diferentes efectos sobre las señales GNSS.

La principal característica de la troposfera es que es un medio de comunicación

no dispersivo con respecto a las ondas electromagnéticas de hasta 15 GHz, es

decir, los efectos de la troposfera no son dependientes de la frecuencia de señales

GNSS. Por esto que, las mediciones de fase de portadora y de código se ven

afectadas por el mismo retardo.

Una consecuencia inmediata de ser un retraso no dependiente de la frecuencia es

que la refracción troposférica no se puede quitar por combinaciones de

mediciones de frecuencia doble (como se hace con la ionosfera).De aquí que, la

única manera de mitigar los efectos de la troposfera es usar modelos para su

estimación a partir de datos observacionales. Sin embargo, afortunadamente, la


36 | Página

mayor parte de la refracción troposférica (aproximadamente del 90%) proviene de

la componente hidrostática y es predecible.

La troposfera no es dispersiva para las frecuencias GNSS, por lo que el retraso no

es dependiente de la frecuencia en esta capa. En contraste con la ionosfera, el

retardo del trayecto causado por la troposfera es por consiguiente el mismo para

componentes de la señal de código y de la portadora. Por lo tanto, este retraso no

se puede medir mediante el uso de ambas mediciones de pseudodistancia de L1 y

L2 o bien modelos y/o técnicas diferenciales que se utilizan para reducir el error[54].

El índice de refracción de la troposfera (retraso troposférico) consiste en la

componente hidrostática y húmeda. Para conocer estos componentes se describe

sobre la atmósfera, sus efectos de componentes secos y húmedos sobre las

señales GNSS:

(a) Componente hidrostática o seca representa un error del 90% del retardo

troposférico ya que varía con la temperatura y la presión atmosférica de una

manera fácil de modelar ya que su variación a lo largo del día es muy pequeña. El

retardo de la componente hidrostática es causada por los gases secos presentes

en la troposfera (78% N2, 21% de O2, 0.9% de Ar). Su efecto varía con la

temperatura local y la presión atmosférica de una manera bastante predecible,

además que su variación es menor que el 1% en unas pocas horas. El error

causado por este componente es de unos 2,3 metros en la dirección del cenit y 10

metros para las elevaciones más bajas.

(b) Componente húmedo representa el 10% del retraso a causa del vapor de agua

y el agua condensada en las nubes aquí depende de muchas condiciones

meteorológicas y esta componente húmeda varía rápidamente como se muestra

en la figura 2.3. El retraso del componente húmedo en este caso es de algunas

decenas de centímetros, pero este componente varía más rápido que el

componente hidrostático y de una manera aleatoria, siendo muy difícil de modelar

[32].


37 | Página

Figura 2.3 Retraso troposférico por componentes húmedas

Con el conocimiento de la temperatura, la presión y la humedad a lo largo de la

trayectoria de la propagación se puede determinar el perfil de refractividad, tales

medidas están rara vez disponibles para el usuario. Estos modelos atmosféricos

estándar se basan en las leyes de los gases ideales, en las capas atmosféricas

de refractividad constante sin variación temporal y una altura atmosférica efectiva

de unos 40 km. La estimación de retraso seco puede ser mejorada

considerablemente si las mediciones de presión de la superficie y de temperatura

están disponibles. El componente de retardo troposférico debido al vapor de agua

(en altitudes aproximadamente de 12 km) es mucho más difícil de modelar porque

hay una considerable variación espacial y temporal de vapor de agua en la

atmósfera. El retraso en húmedo es sólo de 5 a 30 cm en latitudes medias [10].


38 | Página

2.4 El problema de la trayectoria múltiple

La propagación por trayectos múltiples de la señal GNSS es una fuente dominante

de error para el posicionamiento, especialmente en arquitecturas diferenciales

GNSS. Los objetos en la vecindad de una antena receptora (en particular el suelo)

pueden reflejar fácilmente las señales GNSS como se muestra en la figura 2.8,

resultando en una o más trayectorias de propagación secundarias. Estas señales

de ruta secundaria se superponen a la señal de vía directa deseada, siempre

tienen un tiempo de propagación más largo y pueden distorsionar

significativamente la amplitud y fase de la señal de vía directa [34].

Los errores debido a trayectos múltiples no se pueden reducir mediante el uso del

GNSS diferencial ya que dependen de la reflexión, de la geometría local cerca de

cada antena receptora como lo es R3 de la figura 2.4. En un receptor sin la

protección de trayectos múltiples el código de error C/A puede experimentar

errores que van de 10 m o más. Las múltiples rutas no sólo pueden causar

grandes errores de código también pueden afectar seriamente el proceso de

resolución de la ambigüedad necesaria para la fase de la portadora que oscila tal

como es utilizado en aplicaciones de precisión [32].


39 | Página

Figura 2.4 Errores de reflexión de la geometría local y vecindad de trayectorias múltiples

La propagación por trayectos múltiples se puede dividir en dos clases: estáticas

como lo es el receptor R3 y R1 de la figura 2.8 y dinámicas como lo es el receptor

R2 de la figura 2.8. Para un receptor estacionario, la geometría de propagación

cambia lentamente a medida que el satélite se mueve cruzando el cielo, por lo que

los parámetros de trayectoria múltiple esencialmente son constantes, quizá tarda

varios minutos. Sin embargo, en aplicaciones móviles puede haber fluctuaciones

rápidas en fracción de segundos [10].

En la propagación de trayectoria múltiple, una o múltiples reflexiones y la

difracción de la señal transmitida puede ocurrir en diferentes superficies, por

ejemplo, el océano, la tierra, la nieve, el hielo, la vegetación y el aceite, los

procesos de reflexión son diferentes. En el caso de la reflexión del campo

incidente, los coeficientes de reflexión indican lo mucho que el campo reflejado

será atenuado y cómo se deforma el estado de polarización del campo incidente.

La señal de trayectos múltiples depende de cuatro parámetros, la longitud de onda

del GNSS, la relación de la amplitud de la onda reflejada con respecto a la onda

directa, el ángulo de elevación del satélite GNSS y la altura de la antena GNSS.


40 | Página

2.5 Errores de datos efemérides

Existen tres conjuntos de datos que están disponibles para determinar los vectores

de posición y velocidad de los satélites en un marco de referencia terrestre en

cualquier instante: los datos de almanaque, emisión de efemérides, y efemérides

precisas. Los datos difieren en la precisión y están disponibles ya sea en tiempo

real o con un cierto retraso (es decir, la latencia).

Pequeños errores en los datos de efemérides transmitidos por cada satélite

causan errores correspondientes en la posición calculada por el satélite (aquí se

excluye el componente de error de efemérides, que es considerado como una

fuente de error separada). Las efemérides del satélite son determinadas por la

estación de control maestro del segmento de Tierra GNSS, basado en el

seguimiento de las señales individuales por cuatro estaciones de monitoreo.

Debido a la ubicación de estas estaciones precisamente se conoce un proceso de

posicionamiento “invertido” que puede calcular los parámetros de la órbita de los

satélites como si fueran usuarios. Este proceso es ayudado por relojes de

precisión en las estaciones de control mediante el seguimiento, durante largos

periodos de tiempo con un procesamiento óptimo del filtro. Basado en las

estimaciones de los parámetros orbitales obtenidos, la estación de control maestro

carga los datos de efemérides para cada satélite, luego transmite los datos a los

usuarios a través del mensaje de datos de navegación. Los errores en la posición

del satélite son calculados a partir de los datos de efemérides suelen dar lugar a

errores aproximadamente de 2.1 m [10].


41 | Página

2.6 Errores del reloj en el satélite

La sincronización de la transmisión de la señal de cada satélite se controla

directamente por su propio reloj atómico sin ninguna corrección aplicada. Este

período es llamado tiempo de Vehículo Espacial (SV). Aunque los relojes atómicos

de los satélites son muy precisos, los errores pueden ser lo suficientemente

grandes que requieren corrección. La corrección es necesaria en parte debido a

que sería difícil sincronizar directamente los relojes en todos los satélites

cercanos. En cambio, a los relojes se les permite un cierto grado de desviación

relativa que se estima por observaciones de la estación de Tierra y se utiliza para

generar los datos de corrección del reloj en el mensaje de navegación GNSS.

Cuando el tiempo de vehículo espacial SV se corrige utilizando estos datos, el

resultado se denomina tiempo GNSS. En el momento de la transmisión el tiempo

GNSS es utilizado en el cálculo de la pseudodistancia, que es común para todos

los satélites. El error del reloj en el satélite es típicamente menos de 1 ms y varía

lentamente [10].

2.7 Errores del reloj del receptor

Debido a que la solución en la navegación incluye una solución para el error del

reloj del receptor los requisitos para la precisión de los relojes de un receptor es

mucho menos rigurosa que para relojes de los satélites GNSS. Para los relojes de

los receptores la estabilidad a corto plazo durante el período de medición de

pseudodistancia suele ser más importante que la precisión de la frecuencia. En

casi todos los casos, estos relojes son osciladores de cristal de cuarzo con

absoluta precisión en el intervalo de 1 a 10 ppm, rango típico de operación sobre

el rango de temperaturas. Cuando se diseñan adecuadamente tales osciladores

tienen estabilidades de 0,01-0,05 ppm durante un período de unos pocos

segundos [10].


42 | Página

2.8 Generación de errores por los relojes en GNSS

El reloj del receptor no es tan preciso como el reloj atómico de hidrogeno, rubidio o

cesio de un satélite. En contraste el reloj del receptor no puede ser atómico

debido a que el costo sería demasiado grande y por razones de seguridad del

material, esto no quiere decir que los relojes de los satélites sean libres de errores,

pero la magnitud de los errores del reloj del receptor es mucho mayor. La

mayoría de estos receptores se basan en relojes de cristal de cuarzo con

exactitud de 5 partes por millón [8].

Si se multiplica la exactitud de los relojes de cuarzo por la velocidad de la luz, el

resultado de la probable precisión es de ±1500 metros siendo esto una distancia

sin más información que la del valor numérico, pero si se utiliza un segundo

satélite, se determina el rango de dos satélites, la posición calculada es

proporcional en la puntualidad como se muestra en la figura 2.5, donde el rango

actual del satélite B y la pseudo-distancia del satélite B se intersectan con el

rango actual A y la pseudo-distancia del satélite A, la posición del objeto sigue

siendo inexacta debido a que sigue existiendo un error causado por la inexactitud

del reloj del receptor. La utilización de un tercer satélite hace que los pseudo-

rangos o pseudo-distancias sean intersectados y que la inexactitud sea menor en

la localización del objeto como se observa en la figura 2.6. Pero la inexactitud del

tiempo del receptor sigue causando un rango de error que se ve reflejado en la

posición. El receptor sabe que hay un error pero simplemente no sabe el tamaño

del error. Debido a que siempre el receptor sabe que la razón de las pseudo-

distancias de tres satélites no se intersecta, porque los relojes no son muy buenos.

El receptor puede ser programado para el adelanto o retardo de los relojes hasta

que las pseudo-distancias de los tres satélites convergen en un sólo punto como

se muestra en la figura 2.7. Pero esto es la situación ideal en la que una señal no

tenga ningún inconveniente, desde el momento que el satélite la transmita al

receptor y el adelanto y atraso sean los idóneos. [6].


43 | Página

Figura 2.5 Error causado por la inexactitud del reloj receptor.

Debido a esto la increíble precisión o puntualidad del reloj del satélite ha sido

"transferido" hacia el reloj del receptor en la señal, eliminando el error del reloj del

receptor en la determinación de la posición.

Figura 2.6 Error causado por la inexactitud del reloj receptor con tres satélites [6].


44 | Página

Pero no el error en el retardo de la señal al receptor. La técnica anterior muestra

como dentro de las dos representaciones dimensionales, el tiempo de exactitud

del receptor es eliminada y la posición determinada por medio de los rangos de

tres satélites. Cuando se extiende esta técnica a tres dimensiones se necesita

agregar el rango a un cuarto satélite.

Figura 2.7 Convergencia de pseudorangos mediante el adelanto o el atraso de los relojes del receptor.

Esta es la razón para la línea de vista para un mínimo de cuatro satélites GNSS

que son necesarios para la determinación de la posición. Sin estar exentas de un

error por la señal recibida. Debido a esto se necesitan por lo menos 4 satélites

para determinar la posición exacta, para efectuar, la idea de usar satélites en el

espacio como puntos de referencia, para que el receptor mida la distancia que

hay entre el satélite. Calculando cuánto tiempo tarda la señal enviada por el

conjunto de satélites en llegar hasta el receptor llamándose esto como GNSS

puntual o absoluto [6].


45 | Página

CAPÍTULO 3 | “Ionosfera”


46 | Página

3.1 Ionosfera

La ionosfera es un sistema dinámico que conforma la atmósfera la cual contiene

una altura variante, es la región más alta de la atmósfera, es el componente

ionizado de la atmósfera, su variación es la ionización y la temperatura, debido a

que posee propiedades de gases y plasma, ésta incluye la densidad electrónica

en iones y electrones libres, generalmente en igual número, en un medio

eléctricamente neutro, incluye iones positivos y negativos, existen electrones libres

y átomos neutros en un máximo de 350 km, es el resultado de la absorción de los

rayos X con longitud de onda de 8 a 20 (Å) y rayos UV (ultra-violeta) de longitud

de onda de 20 a 300 (Å) solares en la atmósfera. Debido a su constante

dependencia de distintos factores su condición de altura es variante, la ionosfera

cuenta con distintas capas como se muestra en la figura 3.1, con una

aproximación de la distancia entre ellas con respecto al centro de la Tierra.

Figura 3.1 Posicionamiento de la ionosfera respecto a otras capas.


47 | Página

3.1.1 Características de la Ionosfera

La altitud de la ionosfera es variante pero se puede considerar a partir de 50 km

hasta 1000 km. Por lo general, la ionosfera es una extensión de la termosfera, es

una capa superior de la troposfera. Por lo que la ionosfera representa menos de

0,1% de la masa total de la atmósfera de la Tierra, pero tiene un gran efecto en el

circuito eléctrico global del campo magnético de la Tierra y la propagación de la

onda electromagnética.

La ionización parcial es la propiedad más importante de la ionosfera de la Tierra y

su fuente de excitación incluye principalmente la radiación solar ultravioleta con

una longitud de onda más corta que 102.7 nm, los rayos X solares, rayos

cósmicos solares, partículas energéticas, forman parte de la fuente de excitación.

A causa de las características físicas y procesos químicos responsables para la

formación de la ionosfera hay cambios en la variación de las altitudes, en general,

la ionosfera se divide en cuatro capas diferentes, D, E, 𝐹1 y 𝐹2 desde el fondo

hasta la parte superior de la ionosfera. La figura 3.2 muestra el perfil de medias

latitudes y la temperatura de la atmósfera neutra. La temperatura de la ionosfera

de la Tierra está cambiando con el aumento de la altitud. La estructura vertical y la

densidad de electrones de cada capa ionosférica se muestran en la figura 3.3 [12].


48 | Página

Figura 3.2 Perfil de la temperatura atmosférica. Figura 3.3 Estructura ionosférica de verano en el día y la noche con las principales regiones de ionización [7].

3.1.2 Capas ionosféricas

La ionosfera está compuesta de diversas y cambiantes capas de aire rarificado

con partículas ionizadas que se extienden en las regiones de la atmósfera a partir

de los 50 u 80 Km de altitud. La ionosfera se distingue de las demás regiones de

aire rarificado por su gran contenido de partículas cargadas iones y de electrones

libres. La creación de estas capas de partículas de la ionosfera se extiende hasta

los 1000 Km de altitud según la intensidad de la radiación solar y todo lo que

contenga el astro. Las capas que dependen del contenido molecular y nivel de

ionización pueden variar su altitud constantemente. Incluso cuando se conocen

estas capas es posible mencionar sobre ciertas fronteras entre la capas con

separación entre ellas. Como se muestra en la figura 3.4 se puede describir su

posición, sin tener la certeza de separación y altura [2].


49 | Página

Figura 3.4 Orden de las capas ionosféricas [33].

En cualquier instante pueden estar presentes en la ionosfera hasta cuatro capas

distintas de partículas ionizadas o cargadas. Cada capa está constituida por una

densidad variable de partículas cargadas, densidad que es muy intensa en el

interior de la región y que va disminuyendo hasta ser muy ligera en las zonas

exteriores. Por encima de los 400 Km de altitud el número de partículas de aire

que contiene la atmósfera ya es demasiado reducido para permitir la formación de

cualquier concentración de partículas cargadas capaz de afectar a las

radiocomunicaciones. En altitudes inferiores a los 64 Km la intensidad de la

radiación solar se ve muy reducida o significativamente atenuada por la propia

ionosfera y resta muy poco potencial para que puedan crearse partículas

cargadas.


50 | Página

La capa D

Los iones de gran masa están en la capa D, contiene un nivel mínimo de

ionización. La creación de la capa D puede ser posible con el alcance de la

radiación solar de alta energía a la capa menor de la ionosfera durante todo el día

[2]. La ionización de la capa D varía con la luz solar. La baja densidad de

electrones en la capa D y la alta densidad de partículas provocan en la noche una

disminución de la ionización [6].

Capa E

La ionización de la capa E denotado como la capa de Kennelly-Heaviside es

causada por los rayos X y los rayos ultravioleta durante el día. Esta capa

comprende de 90-140 km es creada por la foto ionización de las moléculas de

O2(dioxígeno). Los iones de 𝑂2 son dominantes en la capa E, esta contienen una

alta densidad. La capa E se puede dividir en dos subcapas E1 y E2, la capa E1,

durante el día y en todas las estaciones del año existe esta subcapa E1 sobre la

atmósfera terrestre. La subcapa E2 se tiene solamente en algunos lugares, estas

son las llamadas subcapas esporádicas las cuales consisten en la formación de

pequeñas longitudes horizontales (unas decenas de kilómetros) [9].

Capa F

La capa F también llamada capa de Appleton es la que tiene un nivel máximo de

ionización, la ionización es máxima alrededor del mediodía y disminuye hacia la

puesta del Sol. Se divide en dos, la región 𝐹1 y 𝐹2, incluso los cambios en el nivel

de ionización de esta capa son constantes. En la capa 𝐹1 se puede encontrar en

mayoría moléculas de 𝑁𝑂2+ (iones óxido de nitrógeno), pero la capa 𝐹2, que incluye

𝑂2+ iones de óxido diatónico, sobre todo tiene la densidad máxima de electrones.

En la capa F la densidad de electrones empieza a decrecer cuando alcanza

alturas en donde 𝐻+ (hidrón) y 𝐻𝑒+ (iones de Helio) son iones dominantes [6].

Para que exista el inicio como el fin de estas capas se deben llevar a cabo

reacciones de recombinación molecular que se producen en la ionosfera [2].

http://es.wikipedia.org/wiki/Diox%C3%ADgeno


51 | Página

3.1.2.1 Total de las cuatro capas ionosfericas

Durante las horas diurnas la radiación solar produce cuatro capas ionosfericas: la

capa D con una altura de 64 a 80 Km; la capa E con una altura de 80 a 145 Km; la

capa 𝐹1 a unos 225 Km y la capa 𝐹2 a unos 320 Km de altura. La ionización de

estas capas alcanza su nivel máximo hacia el mediodía del lugar. Durante la

puesta del Sol tiene lugar una transición de las cargas ionosfericas; la capa D

desaparece, las capas 𝐹1 y 𝐹2 se combinan para formar una sola capa y la

ionización de ambas se ve reducida. La ionosfera generalmente aumenta

rápidamente durante las 10 de la mañana y alrededor de las 2 de la tarde. Como

se muestra en la figura 3.5 Por lo general es baja en las primeras horas de la

mañana. Los cambios del retardo ionosférico tienen como resultado errores de la

medición de distancia que pueden abordarse mediante el diseño del sistema. La

refracción ionosférica es modelada como una función de la densidad de electrones

representado por el Contenido Total de Electrones (TEC).

Figura 3.5 Perfil del contenido total de electrones [11].


52 | Página

3.2 Efecto de la ionosfera en una señal

Cuando un transmisor de radio de High Frequency (HF) comienza a emitir, en

primera instancia se generan dos tipos de ondas diferenciadas: la onda de Tierra y

la onda aérea. La onda de Tierra se propaga a muy poca distancia del suelo y por

ello se ve muy afectada por la orografía, que puede provocar fenómenos de

reflexión, propagación multitrayecto y difracción. Las peculiaridades de este tipo

de onda dependen de la frecuencia de trabajo, el tipo de suelo (conductividad del

terreno) y la altura de las antenas. La propagación por onda de Tierra es

predominante en la zona media de la banda de HF, teniendo alcances máximos de

unos 100 km El diagrama de radiación de las antenas utilizadas en HF suele

presentar una cierta elevación respecto al plano de Tierra, normalmente de unos

3º, provocando que se genere una onda dirigida hacia la atmósfera, que se

conoce por el nombre de onda aérea.

La onda aérea alcanzará las distintas capas de la atmósfera (troposfera,

estratosfera, mesosfera, ionosfera), donde estará sujeta a distintos fenómenos que

dependen, por ejemplo, de su longitud de onda: Propagación troposférica: Las

ondas de radio que viajan por la troposfera apenas sufren variaciones de

polarización. La densidad de la atmósfera desciende de forma proporcional a la

altura, formando un gradiente que hace que las ondas se refracten consiguiendo

alcances superiores al óptico, en condiciones de ausencia de obstáculos. Afecta

especialmente a las bandas de VHF y superiores, teniendo efecto en HF

solamente para comunicaciones de corto alcance. Propagación ionosférica: está

sujeta a los fenómenos electromagnéticos que tienen lugar en la ionosfera,

fundamentalmente refracción, reflexión y absorción. El estado de las capas

ionosfericas es lo que ayuda o afecta la calidad y alcance de las

radiocomunicaciones como se ilustra en la figura 3.6.


53 | Página

Figura 3.6 Diferentes trayectorias de la propagación de las ondas electromagnéticas a través de la

ionosfera [20].

La ionosfera actúa como un espejo situado entre la tropósfera, capa E y capa F,

alrededor de la superficie terrestre. Las señales que se transmiten desde la Tierra

permiten reflejarse a puntos sobresalientes. Bajo buenas condiciones las señales

pueden propagarse por cientos de kilómetros, esto por medio de las reflexiones de

la ionosfera, las reflexiones de alto nivel (región F) con un mejor rango por salto,

que uno de un menor nivel (región E) o en la troposfera como la propagación de

una onda a largas distancias, mediante múltiples saltos en un ducto ionosférico.

Debido a esto las señales de alta radiofrecuencia tienden a ser reflejadas por la

ionosfera a mayores alturas, pero si la frecuencia es muy alta, la señal penetra

esta capa y se pierde en el espacio. Esta es la primera complicación de la radio

propagación pero a la vez el primer beneficio para la comunicación satelital. La

segunda complicación es que las capas de la atmósfera absorben la señal o se

produce una variación como se muestra en la figura 3.7.


54 | Página

Las ondas que se reflejan en la troposfera (la región de la atmósfera dentro de los

10 km, a partir de la superficie de la Tierra) son conocidas como ondas

troposféricas. La energía propagada sobre otras trayectorias cerca de la superficie

de la Tierra se le conoce como onda de Tierra. La señal de la onda de Tierra se

divide en la de onda de espacio y la onda de superficie. La onda de espacio está

formada de la onda directa, es decir, la señal que viaja en una trayectoria directa

desde la antena transmisora a la receptora y la onda reflejada por la Tierra, la cual

es la señal que llega al receptor después que se refleja en la superficie de la

Tierra. La onda espacio también incluye la porción de energía que se recibe como

un resultado de difracción alrededor de la superficie de la Tierra y de la refracción

en las capas superiores de la atmósfera. De acuerdo a la figura 3.11, los tres tipos

de ondas que son, las ondas de superficie, ondas de cielo, ondas de línea de

vista, que se pueden distinguir. Por su frecuencia en la transmisión, las ondas de

superficie (f ≤ 1.6MHz) son las que siguen la curvatura de la tierra [24].

Las ondas cielo (1.6 ≤ f ≤ 30 MHz) son las que se reflejan en la ionosfera y

estas ondas son reflejadas dependiendo del grado de ionización, la frecuencia y

el ángulo de incidencia, este ángulo especifico define la distancia critica o el salto

de distancia a la que llegará la onda transmitida, así como la ionosfera define el

máximo ángulo de elevación, donde las ondas pueden ser reflejadas. La distancia

crítica durante el día está en función de la ionización. Las ondas de línea de visita

(f≥30MHz) se propagan a través de la ionosfera aunque la trayectoria del rayo

está afectada por ella [30].


55 | Página

Figura 3.7 Efecto de la ionosfera en las ondas electromagnéticas [11].


56 | Página

3.2.1 Los principales efectos de la ionosfera en una señal en

banda L

Las señales de los satélites GNSS atraviesan la atmósfera y sus capas, entre ellas

plasmasfera, ionosfera y troposfera, donde los principales efectos ionosféricos en

las señales de radio en banda L dependen del Contenido Total de Electrones

libres en la ionosfera (TEC). Algunos efectos provocados por la ionosfera en una

señal de radio son:

(a) Retardo en la señal (hasta una o varias decenas de metros)

(b) Centelleo en fase y de amplitud

-Rotación Faraday o efecto Faraday

-Curvatura del rayo

-Contribución al efecto Doppler

(c) Dispersión

(d) Refracción

(e) Absorción

(a) Las señales GNSS se retardan en tiempos variables dependiendo de la

densidad de las partículas ionizadas en la ionosfera. En general los cambios

solares aumentan la variación espacial y temporal del Contenido Total de

Electrones (TEC), los cuales causan centelleos ionosféricos adicionales en fase y

amplitud.

(b) El fenómeno ionosférico que es conocido como centelleo (fluctuaciones rápidas

de amplitud y fase) en ocasiones son fuertes, puede dar como resultado la pérdida

temporal de una o más señales de satélite [36].


57 | Página

El fuerte centelleo puede interrumpir las señales de satélite, pero no afecta

simultáneamente áreas amplias de la ionosfera sino que ocurre en partes

limitadas. En general afecta solamente a unos pocos satélites a la vista de un

usuario. Las pérdidas de seguimiento de la señal debidas al centelleo son de corta

duración, pero pueden ocurrir reiteradamente durante varias horas. Esas pérdidas

posiblemente pueden causar que el servicio GNSS se degrade o se pierda

temporalmente. Un medio de mitigación es la capacidad del receptor de volver a

adquirir rápidamente una señal del satélite después de un suceso de centelleo. El

centelleo afecta todas las frecuencias del GNSS de manera que los receptores de

multifrecuencia no proporcionen una protección mayor. Otra forma de mitigación

es el uso de múltiples constelaciones. Si el receptor es capaz de realizar el

seguimiento de más satélites la probabilidad de interrupción de servicio se reduce

considerablemente, debido a que más satélites no se verían afectados. El

centelleo es virtualmente inexistente en las latitudes medias, excepto a niveles de

bajo a moderado. El fuerte centelleo es bastante más común en las regiones

ecuatoriales, donde ocurre normalmente después de la puesta de Sol y antes de la

medianoche local. El centelleo moderado ocurre con frecuencia en las regiones de

latitudes elevadas [45].

(c) Dispersión – el fenómeno de separación de las ondas de distinta frecuencia al

atravesar un material, en este caso el material es todo lo que compone la

ionosfera y las distintas frecuencias son las que se consideraran más adelante.

Desde el punto de vista químico, el aire es una dispersión gaseosa de oxígeno en

nitrógeno. Así mismo, la niebla es una dispersión del agua en el aire. El arco iris,

el halo y los espejismos son foto meteoros, causados por la dispersión de la luz

por las gotas de agua o los finísimos cristales de hielo que contiene la atmósfera

en la zona donde se producen estos fenómenos.

En la dispersión ocurre el retardo en la propagación de la señal que está en

función de la frecuencia, cuando la señal pasa por la ionosfera se produce

dispersión. Los retardos a través del ancho de banda son proporcionales a la

http://es.wikipedia.org/wiki/Fen%C3%B3meno

http://es.wikipedia.org/wiki/Onda

http://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia

http://es.wikipedia.org/wiki/Materia

http://es.wikipedia.org/wiki/Aire

http://es.wikipedia.org/wiki/Gas

http://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgeno

http://es.wikipedia.org/wiki/Nitr%C3%B3geno

http://es.wikipedia.org/wiki/Niebla

http://es.wikipedia.org/wiki/Agua

http://es.wikipedia.org/wiki/Aire

http://es.wikipedia.org/wiki/Arco_iris

http://es.wikipedia.org/wiki/Halo_(fen%C3%B3meno_meteorol%C3%B3gico)

http://es.wikipedia.org/wiki/Espejismo

http://es.wikipedia.org/wiki/Hielo

http://es.wikipedia.org/wiki/Atm%C3%B3sfera


58 | Página

densidad de electrones a lo largo del trayecto del rayo. Por lo tanto, para un

contenido de electrones de 5𝑥1017 el/ 𝑚2, una señal con una longitud de pulso de

1 microsegundo mantiene un retardo diferencial de 0,02 ms a 200 MHz, mientras

que en 600 MHz el retraso sería sólo de 0,00074 ms.

(d) Refracción - Cuando las ondas de radio se propagan de forma oblicua a través

de la capa de la ionosfera se someten a la refracción, que produce un cambio en

la dirección de llegada del rayo.

(e) Absorción - Para las regiones ecuatoriales y de latitudes medias, las ondas de

radio con frecuencias superiores a 70 MHz aseguran la penetración de la

ionosfera sin absorción significativa, mientras que para las frecuencias inferiores a

70 MHz es significativa la pérdida por la absorción ionosférica.

El retardo ionosférico puede compensarse utilizando frecuencias GNSS dobles.

Dado que los efectos dependen de la frecuencia, el uso de dos frecuencias

permite que los receptores GNSS detecten y calculen estos retardos ionosféricos.

En un medio dispersivo como la ionosfera, la velocidad de fase difiere de la

velocidad de grupo. La velocidad de grupo describe la velocidad de la envoltura de

un grupo de ondas electromagnéticas. Los gases ionizados en la ionosfera causan

el cambio de las fases de las ondas electromagnéticas. El avance de fase conduce

a una velocidad de fase mayor que la velocidad de la luz. Esto no contradice el

postulado de la característica universal de la velocidad de la luz de Einstein, ya

que no se transmite información por una sola onda electromagnética. El avance de

fase y el retardo de grupo son iguales en tamaño pero diferentes en el proceso de

muestreo. En términos prácticos, el código de pseudodistancia se hace más largo

y las pseudodistancia de fase se hacen más cortas [6].


59 | Página

3.3 El Sol

EL Sol es una estrella de tamaño medio denominada estrella enana, que

proporciona luz y calor, es considerada como una fuente de energía para la Tierra

y el sistema solar, la cual hace posible todo lo que hay en la Tierra. El Sol libera

una cantidad de energía de la magnitud de las bombas atómicas, la cual causa un

maremoto de partículas cargadas de calor que van dirigidas a la Tierra y se

consideran como tormentas solares. El Sol se puede ver de distintas formas desde

los rayos x hasta la luz ultravioleta, debido a que diferentes longitudes de onda

tienen diferentes temperaturas. Los científicos también han podido observar al

interior del Sol mediante una técnica llamada Heliosismología [50].

La Heliosismología utiliza las mismas propiedades del astro para estudiar su

actividad interna, debido a que el Sol no es un cuerpo sólido, sino una bola

gigante compuesta de gas súper caliente y electromagnético que se denomina

plasma. El Sol oscila, vibra así que al medir su frecuencia de oscilación, se

puede inferir su estructura interna, pero si se observa el Sol en un largo tiempo

con esta técnica se pueden observar sus capas y turbulencias que originaran

efectos de corrientes e incluso dan una idea de la cara oculta del Sol, esta técnica

también se usa para determinar las manchas solares ocultas. La apariencia física

de las capas mostrada por esta técnica y de las manchas solares se ilustra en la

figura 3.8 donde se observa que el Sol está compuesto principalmente de tres

partes.

(a) Fotosfera, o superficie visible;

(b) Cromosfera, la región brillante por encima de la fotosfera,

(c) Corona, la atmósfera exterior del Sol El Sol se compone principalmente de los elementos hidrógeno y helio junto con

elementos más pesados en cantidades más pequeñas, en particular de calcio.


60 | Página

Figura 3.8 Representación de las capas solares y manchas solares

Se produce un flujo de energía constante denominado viento solar que reparte

energía no solamente al planeta Tierra sino también al sistema solar que es capaz

inclusive de cortar colas de cometas que estén a su alcance.

La corona es más caliente que la fotosfera y la cromosfera, es decir a mayor

lejanía de la superficie del Sol existe más calor. Mientras que las zonas más

oscuras o manchas solares ocupan cientos de kilómetros, dichas manchas son las

regiones más frías del Sol y emiten menos luz. Las manchas solares aparecen en

la superficie solar y son fáciles de detectar, aunque su origen provenga del interior

del Sol y de su compleja rotación.

El Sol no rota como un cuerpo sólido, sino que rota más rápido por la zona del

ecuador que la de los polos, esto da lugar a las manchas solares, el ecuador

completa una rotación en 25 días, en las zonas de las altitudes medias en 30 días

y en las zonas de los polos en 35 días, a este proceso se denomina rotación

diferencial y hace que el interior del Sol se mueva a diferentes velocidades

creando así un intenso magnetismo [33].


61 | Página

El intenso campo magnético que se entremezcla en el interior del astro y el que

se encuentra en la superficie, impiden el paso proveniente de las corrientes del

plasma interior del Sol, esto genera una mancha solar. Las manchas solares son

más propicias a existir en el ecuador y en latitudes medias como se muestra en la

figura 3.9. Las manchas solares son zonas oscuras que aparecen en la superficie

del Sol, mostrándose a veces en grupos que cubren una zona de hasta 160 000

Km de diámetro.

Figura 3.9 Rotación diferencial del Sol

Las manchas solares afectan a la intensidad de radiación solar que incluyen las

ondas ultravioletas. Durante los periodos de gran actividad de las manchas

solares, la radiación del Sol aumenta y da lugar a una mayor ionización. Las

manchas solares no son fenómenos que se encuentren de forma independiente

del Sol, ya que están acompañadas de las llamaradas solares y estas llamaradas

solares por Eyecciones de Masa Coronal (CME) como se muestra en la figura

3.10 [50]. Una llamarada solar se produce cuando la energía que se ha acumulado

en la atmósfera solar es liberada súbitamente, sobre todo en las regiones activas,


62 | Página

alrededor de las manchas solares. Cuando existe una llamarada intensa casi

siempre estará correlacionada con la Eyección de Masa Coronal [25].

Figura 3.10 Manchas solares y llamarada solar [23].

Los dos fenómenos a veces ocurren al mismo tiempo, la llamarada solar se define

como un repentino destello de luz, esta luz sólo tarda 8 minutos en llegar a la

Tierra, mientras que la Eyección de Masa Coronal es la liberación de materia en

forma de una inmensa nube de partículas de plasma magnetizadas al espacio. Las

Eyecciones de Masa Coronaria empujan el campo magnético de la Tierra hacia los

polos terrestres y cuando estas partículas deslizadas reaccionan con el oxígeno y

nitrógeno forman las auroras boreales australes [23]. Las eyecciones de masa

coronal son como látigos que liberan mucha energía muy rápido y la energía que

desprende el Sol puede provocar alteración en el entorno de la Tierra así como

alterar los satélites y Sistemas de Posicionamiento Global. La Tierra está rodeada

por la atmósfera solar y lo que pasa en el Sol afecta la Tierra [4], [5].


63 | Página

3.3.1 Manchas solares

Uno de los fenómenos más notables en la superficie del Sol es la aparición y

desaparición de ciertas zonas oscuras conocidas como manchas solares. La vida

de una mancha solar es muy variable; algunas manchas duran sólo unos pocos

días, mientras que algunos pueden sobrevivir cuatro o cinco rotaciones solares

(alrededor de 27 días cada uno). Su naturaleza exacta no se conoce, pero

parecen ser vórtices en la materia que comprende la fotosfera. Las manchas

solares oscuras aparecen debido a que la temperatura de la superficie es sólo

alrededor de 3000° K, en comparación con los 6000° K de la fotosfera. Las

manchas solares tienden a agruparse, un grupo puede contener algunos puntos

aislados o decenas de puntos [47].

Una de las características más interesantes de las manchas solares son sus

campos magnéticos extraordinariamente fuertes. Estos pueden acercarse a 0,4

𝑤𝑏/𝑚2 (weber por metro cuadrado) (4000 G) para las manchas más grandes [48].

3.3.2 Mínimo y máximo solar

El Sol tiene estaciones que son el mínimo solar y el máximo solar, dos posiciones

diferentes que pueden afectar la tecnología, incluso el clima. El periodo de

transición entre los mínimos solares se denomina ciclo solar y se trata de un

periodo de 11 años en el que la actividad solar llega a sus máximos y luego

vuelve a empezar haciendo perfiles de concentraciones electrónicas que varían en

las capas de la ionosfera como se muestra en la figura 3.11. La principal medida

del ciclo de la actividad solar es el número de manchas solares que se ven sobre

la superficie durante el mínimo solar que es el periodo de menor aparición de


64 | Página

manchas. Durante el máximo solar la energía del Sol llega a una mayor distancia,

cuando existen demasiadas manchas solares hay muchas erupciones y

eyecciones de masa coronal. Cuando se reduce el número de manchas solares el

clima es más frio, así como el periodo de las manchas solares puede ser más

prolongado a los 11 años.

Figura 3.11 Perfiles verticales típicos de concentración electrónica en la ionosfera de latitudes medias.

Adaptada de Hargreaves (1992) [37], [13].


65 | Página

3.1.2.1 Fenómeno electromagnético en la ionosfera (ionización)

La ionización es el fenómeno por el que a través de intercambios energéticos, las

moléculas de gas (sobre todo oxígeno y nitrógeno), presentes en la atmósfera se

disocian en átomos que a su vez pueden liberar electrones, dando lugar por tanto

a electrones libres con carga negativa así como iones con carga positiva. El Sol

es la principal fuente de ionización en la atmósfera.

La intensidad de ionización se define como el número de electrones liberados por

unidad de volumen y de tiempo, se mide en electrones por metro cúbico y por

segundo (e-/m3/s). Dado que en los procesos de ionización se generan electrones

libres, se puede medir la cantidad por unidad de volumen o densidad de ionización

(N), que se mide en electrones por centímetro cúbico (e-/cm3). En la figura 3.11 se

muestra la variación típica de la densidad de ionización en la atmósfera, en

función de la altitud.

La densidad de ionización siempre será máxima en un punto de mediana altitud de

la ionosfera, ya que en los puntos más altos la densidad molecular es menor y en

los más bajos es mayor, aunque la densidad molecular es mayor. Otro parámetro

para medir la cantidad de electrones libres en la ionosfera es el Contenido Total de

Electrones (TEC o Total Electron Content). La fuente que provoca mayor

intensidad de ionización es el Sol, seguido por las estrellas (unas 1000 veces

inferior) y por los rayos cósmicos (unos 100 millones de veces inferior). En el caso

del Sol, la intensidad de ionización es mayor al mediodía, cuando los rayos solares

inciden perpendicularmente sobre la Tierra [1].

Durante el día, la Tierra está sometida a la radiación procedente del Sol. Parte de

esta radiación es ionizante, es decir, excita a las moléculas de oxígeno e

hidrógeno presentes en la ionosfera, provocando que entren en oscilación.


66 | Página

Esta oscilación puede provocar que cada molécula de oxígeno o de hidrógeno se

disocie en dos átomos.

Estos átomos siguen sometidos a las radiaciones ionizantes, cuya energía puede

ser absorbida por los átomos provocando el desprendimiento de electrones, dando

lugar por tanto a electrones libres con carga negativa y a iones con carga positiva.

Los distintos átomos, moléculas, iones y electrones se encuentran en movimiento

en la ionosfera y por tanto poseen una determinada energía cinética. Con una

probabilidad proporcional a la densidad molecular, se producen colisiones entre

estos componentes. En el caso de una colisión entre un átomo y otro componente,

si la energía cinética de este último es lo suficientemente elevada, se puede

producir la liberación de electrones, dando lugar a nuevos electrones libres con

carga negativa y a iones con carga positiva [3].

3.4 TEC (Contenido Total de Electrones – Total Electron Content)

El contenido total de electrones (TEC) es uno de los parámetros importantes de la

ionosfera de la Tierra, el TEC está influenciado por la actividad solar, las

variaciones diurnas, temporales y el campo magnético de la Tierra. Sin embargo,

la comprensión de los complejos entornos ionosféricos sigue siendo un reto

debido a la falta de observaciones directas, sobre todo en las zonas polares, por

ejemplo, la Antártida, el TEC puede ser modelado a nivel mundial y continental. El

TEC tiene demasiadas dependencias como se muestra en la tabla 3.1. Los iones

en los que se encuentra presente el TEC son(O+, H+, He+, NO+, 𝑂2 +) [46].


67 | Página

Tabla 3.1 Dependencias del TEC [36], [27]

El TEC es el contenido total de electrones: número de electrones libres en una

columna de 1𝑚2 de base centrada en la dirección de observación donde el TEC

hace referencia al grado de ionización en la ionosfera como se muestra en la

figura 3.12. La unidad de medida es el TECU (Unidad del Contenido Electrónico

Total) que es igual a

1TECU = [1][1016] 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑛𝑒𝑠/𝑚2

Dependencias del TEC

Poco predecibles

Menos predecible

(a)Hora local

Durante el día la radiación solar ioniza la atmósfera Durante la noche el contenido de electrones se reduce por recombinación química (b) Latitud (c) Época del año (d) Actividad solar (ciclo solar) (e) Actividad geomagnética

(a) Anomalía ecuatorial (b) Burbujas ionosfericas (causan centelleo y depleciones ) (c) Tormenta ionosférica (d) TID, Perturbaciones ionosfericas

viajeras (e) SID Perturbaciones ionosfericas

repetitivas


68 | Página

Figura 3.12 Electrones libres en una columna de 1𝑚2 [36]

El Contenido Total de Electrones en la ionosfera puede medirse con la

instrumentación adecuada y reflejarse en mapas como se ilustra en la figura 3.13.


69 | Página

Figura 3.13 Mapa mundial del TEC elaborado por el Jet Propulsion Laboratory (JPL)

Las zonas con mayor TEC (color rojo) indican la ocurrencia de fenómenos de

ionización de distinto origen (fotoionización, colisiones). En el mapa, se puede

observar cómo en la parte de la Tierra en la que es de día, el Sol incide

directamente, se produce una elevada fotoionización y por tanto el TEC es mayor.

El sistema GPS se ha convertido en una poderosa herramienta para monitorear

mundialmente en ciertas regiones el TEC. El servicio internacional GNSS ha

producido rutinariamente mapas verticales mundiales del TEC cada 2 h por más

de 10 años, pueden ser utilizados para investigar la climatología ionosférica del

TEC a escalas estacionales y seculares. Tomando como referencia el sistema

GPS, la ionosfera causa un retraso correspondiente a las medidas de fase con

notación de menos d (–d) y la medición de la pseudodistancia con la notación más

d (+d) esto quiere decir que las medidas de fase se adelantan cuando atraviesan


70 | Página

la ionosfera y las medidas de la Pseudodistancia tienen un retardo como se

muestra en la tabla 3.2.

Tabla 3.2 Retardos ionosféricos.

Frecuencia TEC nocturno 1016 𝑒/𝑚2 TEC diurno 1018 𝑒/𝑚2

100 MHz 40.3 m 4030 m

1227.6 MHz (L2) 26.7 cm 26.7 m

1575.42 (L1) 16.2 cm 16.2 m

10 GHz 4 mm 40 cm

100 GHz 0.04 mm 4 mm

En la tabla 3.2 se muestra el retardo que provoca la ionosfera en el cenit para

valores del TEC para diferentes frecuencias en el día y la noche. La dependencia

del retardo ionosférico de la frecuencia de la señal permite que se pueda corregir

este efecto usando dos frecuencias diferentes. Esta corrección no puede ser

utilizada para los receptores de una sola frecuencia, en ese caso se utiliza un

modelo de predicción ionosférica. Se utilizan diferentes modelos de corrección uno

de ellos (Klobuchar), entre otros. El contenido total de electrones TEC entre el

punto A y el punto B como el número total de electrones libres que contiene una

columna de sección 1𝑚2 que une A y B se denota como:

∫ 𝑁 𝑑ℎ𝐵

𝐴 3.1


71 | Página

Dónde:

𝑁 Es la densidad electrónica en (𝑒/𝑚3),

𝑑ℎ Es el incremento en altura en m y la integral se calcula a lo largo del camino

que une los puntos A y B.

En caso de ser una columna vertical se obtiene el TEC vertical, es decir la

dirección del cenit. Los valores para el TEC suelen variar entre 1016 y 1019 𝑒/𝑚3,

dependiendo de la hora del día, la estación del año, la actividad solar, la actividad

magnética, la latitud geomagnética, etc. Se observa una importante variación de

un día para otro lo que hace difícil su predicción [25].

3.4.1 Ionosonda

Una Ionosonda envía ondas de radio hacia la ionosfera en dirección vertical. La

señal se propaga hasta una altura donde su frecuencia es igual a la del plasma

ionosférico, produciéndose allí la máxima intensidad de reflexión. Examinando la

demora del eco recibido, se infiere la altura a la que ocurre la reflexión, conocida

como “altura virtual”; la cual no es la altura real de reflexión sino la que se

obtendría si la velocidad de la señal emitida fuera la velocidad de la luz en el vacío

como se muestra en la figura 3.14. En una ionosonda en el punto donde el

transmisor y el receptor se encuentran en el mismo lugar; el sondeo se realiza

enviando ondas de radio verticalmente hacia la ionosfera y procesando el eco

recibido producto de la reflexión en alguna capa ionosférica.

Un sondeo completo es llevado a cabo por un radar de sondeo ionosférico,

cuando se transmite una señal que secuencialmente barre todas las frecuencias

preestablecidas por el radar y se determina la altura a la cual se refleja la señal


72 | Página

para todo el rango de frecuencias que tiene la ionosonda. Con estas mediciones,

para cada frecuencia emitida se construye una representación, denominada iono

grama, la cual contiene la variación de la altura virtual con respecto a la frecuencia

de sondeo en un instante dado. El iono grama es la información de salida

tradicional de una ionosonda [28].

Figura 3.14 Ionosonda


73 | Página

3.5 Velocidad de Fase y Grupo

Con el fin de introducir las definiciones de velocidad de fase y velocidad de grupo,

se presenta una breve revisión sobre los conceptos de propagación de ondas de

la siguiente manera, debido a que la razón del retardo es la diferencia de la

velocidad y fase de grupo. Una señal sinusoidal pura monocromática que viaja en

la dirección x puede ser descrita como se ilustra en la figura 3.13 (a) representada

por la ecuación 3.2

𝑠(𝑥, 𝑡) = 𝑠0𝑐𝑜𝑠(𝜔𝑡 − 𝑘 𝑥 + ∅0) (3.2)

Donde

ω =2π

T (3.3)

K =2π

λ (3.4)

T =1

f (3.5)

f =2π

ω º (3.6)


74 | Página

Siendo f la frecuencia, T, el período y λ la longitud de onda, respectivamente. La

función 𝑠(𝑥, 𝑡) depende tanto del tiempo y posición. En cualquier instante del

tiempo fijo t, la función varía sinusoidalmente a lo largo del eje x, mientras que en

cualquier ubicación fija del eje x de la función varía sinusoidalmente con el tiempo.

La velocidad que la forma, está en movimiento, es decir la velocidad a la que

cualquier fase fija del ciclo se desplaza, se llama la velocidad de fase. Esta

velocidad, de acuerdo con la ecuación 3.2 viene dada por:

𝑣𝑝ℎ =𝜔

𝑘 (3.7)

𝜔𝑡 − 𝑘𝑥 + 𝜑0 (3.8)

Porque x y t permanece en la ec. 3.8 donde

𝑥 =𝜔

𝑘𝑡 (3.9)

Donde una señal modulada en amplitud puede ser generada simplemente por

sumar dos señales sinusoidales a frecuencias ligeramente diferentes:


75 | Página

𝑠1(𝑥, 𝑦) = cos((𝜔 + ∆𝜔)𝑡 − (𝑘 + ∆𝑘)𝑥), 𝑠2(𝑥, 𝑦) = cos((𝜔 − ∆𝜔)𝑡 − (𝑘 − ∆𝑘)𝑥) (3.10)

Usando las identidades trigonométricas simples, se encuentra:

𝑠1(𝑥, 𝑡) + 𝑠2(𝑥, 𝑡) = 2 cos(∆𝜔𝑡 − ∆𝑘𝑥) cos(𝜔𝑡 − 𝑘𝑥) (3.11)

Donde la ecuación (3.11) ilustra la combinación de las dos señales 3.14 a y 3.14

b de la figura 3.15 creando sólo la modulación

Figura 3.15 La primera señal 1 (a) y la segunda señal 1(b) con frecuencias ligeramente diferentes son sumadas para generar la figura 1 (c)


76 | Página

De la ecuación (3.11), se deduce que, dos señales pueden viajar a dos

velocidades diferentes como resultado de la superposición de señales s1(x,t) y

s2(x,t). Como se muestra, en la figura c de la imagen 3.15.

Las oscilaciones internas (en azul) viajan a la velocidad:

𝑣 = 𝜔

𝑘 (3.12)

Mientras que la envolvente de amplitud (en rojo) viaja a la velocidad:

∆𝜔

∆𝑘 (3.13)

La velocidad de la modulación (3.13) al considerar el límite ∆𝑘 → 0 se puede

escribir como:

𝑣𝑔𝑟 = 𝑑𝜔

𝑑𝑘 (3.14)


77 | Página

La ecuación (3.14) define la velocidad de grupo.

Se observa que, cuando la frecuencia angular y el número de onda k son

proporcionales, en ese momento la fase y la velocidad de grupo son los mismos,

es decir:

𝑣𝑔𝑟 = 𝑣𝑝ℎ (3.15)

Por otro lado, a partir de la ecuación 3.7 es observable que en este caso la

velocidad de fase 𝑣𝑝ℎ no depende de la frecuencia. Los medios de comunicación

en la que se cumple esta condición se dice que son no dispersivos. Por el

contrario, en los medios de comunicación en que la velocidad de propagación de

ondas varía con la frecuencia se dice que son dispersivos (a partir del principio de

dispersión de la luz por un prisma). Por lo tanto, la envolvente viaja a una

velocidad diferente 𝑣𝑔𝑟 que las oscilaciones internas 𝑣𝑝ℎ [52].

3.5.1 Índice de refracción

El índice de refracción (n) en un medio es la relación entre la velocidad de

propagación de la señal en el vacío (c) a la velocidad en el medio (v), como se

observa en la figura 3.16 y desde ese momento, dos índices de refracción

diferentes se pueden definir para el grupo y para la fase:


78 | Página

𝑛𝑝ℎ = 𝐶

𝑣𝑝ℎ (3.16)

𝑛𝑝ℎ = 𝐶

𝑣𝑔𝑟 (3.17)

En el contexto de las señales GNSS, la velocidad de grupo es lo que tiene que ser

considerado para las mediciones de código, es decir, pseudodistancias obtenidos

a partir de los códigos modulados en los portadores.

Figura 3.16 índices de refracción


79 | Página

Como se ha mencionado, la troposfera es un medio no dispersivo para las ondas

de radio en las frecuencias GNSS. Por lo tanto la troposfera, las mediciones de

fase de código y de portadora están asociadas a la misma velocidad en la

troposfera. Por el contrario, los códigos y las fases que se propagan en la

ionosfera son a velocidades diferentes, lo que resulta en un retraso.

La densidad de ionización (N) no es homogénea dentro de la ionosfera. Se puede

utilizar un modelo de estratos con distinta densidad de ionización para estudiar los

fenómenos de refracción y reflexión, En la figura 3.17 se muestran distintos

estratos de la ionosfera según se va ascendiendo en altitud.

Figura 3.17 Refracciones y reflexiones dentro de la ionosfera [33]


80 | Página

En una región de la ionosfera en la que cada uno de esos estratos se caracteriza

por un valor de densidad de ionización Ni, de tal forma que 0 < N1 < N2 < … < Nk,

es decir, a mayor altitud, mayor densidad de ionización, mayor cantidad de

electrones libres por unidad de volumen.

Cuando una onda de radio va atravesando estos estratos, sufre refracción, es

decir, su trayectoria se desvía, de acuerdo a la ley de Snell. Se ha comprobado

que el índice de refracción de cada estrato está relacionado con la densidad de

ionización y con la frecuencia de la onda de radio que lo atraviesa, mediante la

siguiente fórmula:

𝑛𝑖 = √1 −80.8∗𝑁𝑖

𝑓2 (3.18)

Donde:

ni = índice de refracción del estrato (adimensional)

Ni = densidad de ionización del estrato (e-/cm3)

f = frecuencia de la onda de radio que atraviesa el estrato (Hz)

De esta forma y partiendo de las hipótesis iniciales, se concluye que, conforme

aumenta la altitud, el índice de refracción decrece, lo que provoca que la onda

vaya sufriendo refracciones cada vez más pronunciadas conforme progresa en

altitud.


81 | Página

Llegará un momento en el que la trayectoria del rayo sea paralela a la superficie

de la Tierra hasta que finalmente, si el gradiente de la densidad de ionización de

los estratos con la altura está por encima de un determinado valor, se produzca

reflexión total, es decir, la trayectoria de la onda de radio vuelva de nuevo hacia la

Tierra. Si la onda de radio incidió con un ángulo θ en la ionosfera, se cumplirá la

condición de que la reflexión total se produce en el estrato de la ionosfera para el

que el seno de dicho ángulo sea igual al índice de refracción:

sen θ = nk (3.19)

3.6 Retardo ionosférico

Como se ha mencionado la ionosfera se extiende alrededor de los 60 km y hasta

un poco más de los 1000km. La velocidad de propagación de las señales

electromagnéticas GNSS en la ionosfera depende de la densidad de electrones y

es típicamente manejado por dos procesos: durante el día la radiación solar causa

ionización de átomos neutros produciendo iones y electrones libres. Durante la

noche la ionosfera tiene un proceso de recombinación, donde los átomos libres

son recombinados con los iones para producir partículas neutras con esto se

obtiene una reducción en la densidad de electrones. En un medio donde la

frecuencia angular 𝜔 y el número de onda k no son proporcionales, es un medio

dispersivo (es decir, la velocidad de propagación y del índice de refracción

dependen de la frecuencia).


82 | Página

En este caso 𝜔 y k están relacionados en una primera aproximación, por

𝜔2 = 𝑐2𝑘2 + 𝜔𝑝2 (3.20)

Donde c es la velocidad de propagación de una señal en el vacío

𝜔𝑝 = 2𝜋𝑓𝑝 Con 𝑓𝑝 = 8.98√𝑁𝑒 en Hz (3.21)

Donde

𝑁𝑒 Es la densidad de electrones en (𝑒−/𝑚3).

La ecuación anterior (3.20) se llama la relación de dispersión de la ionosfera, y 𝜔𝑝

se llama la frecuencia crítica del plasma ionosférico, cuando las señal 𝜔 < 𝜔𝑝 es

una señal que se refleja, y con 𝜔 >𝜔𝑝 es la que cruza a través del plasma.

La densidad de electrones en los cambios de la ionosfera con la altura que tiene

un máximo de 𝑁𝑒 ≅ 1011 − 1012𝑒− /𝑚3 alrededor de 300 – 500 km desde ese

lugar de acuerdo con la expresión (3.21) las señales electromagnéticas con f > 𝑓𝑝

≅ 106𝐻𝑧 son capaces de atravesar la ionosfera. Este es el caso de las señales

GNSS cuyas frecuencias son del orden de 1GHz. La señal de radio que es menor


83 | Página

a 𝑓𝑝 es reflejada en la ionosfera. De la ecuación (3.20), y teniendo en cuenta que

𝜔 = 2𝜋𝑓 y la definición de la velocidad de fase y grupo de las ecuaciones

anteriores 3.7 y 3.14.

Se puede escribir 𝑣𝑝ℎ de la siguiente manera:

𝑣𝑝ℎ = 𝑐

√1−(𝑓𝑝

𝑓)

2 (3.22)

De la ecuación 3.16 y 3.17 Recordamos que, el índice de refracción de fase de la

ionosfera se puede aproximar por:

𝑛𝑝ℎ = √1 − (𝑓𝑝

𝑓)

2

≅ 1 −1

2(

𝑓𝑝

𝑓)

2

= 1 −40.3

𝑓2 𝑁𝑒 (3.23)

En la frecuencia de las señales GNSS, la aproximación se representa por la

ecuación (3.23) que representa más del 99,9% del índice de refracción (primer

orden del efecto ionosférico). Es decir, con menos de un 0,1% de error, se puede

suponer:


84 | Página

𝑛𝑝ℎ = 1 −40.3

𝑓2 𝑁𝑒 (3.24)

Diferenciando la ecuación 3.20 con respecto a k y teniendo en cuenta (3.14),

(3.16) y (3.17) y la aproximación por la ecuación (3.24)

(1 − 𝜀2) −1

2 = 1 + 1

2𝜀2 (3.24)

Se obtiene el índice de refracción de grupo por la ecuación 3.25

𝑛𝑔𝑟 = 1 + 40.3

𝑓2 𝑁𝑒 (3.25)

La diferencia entre el rango de medición (con la señal de frecuencia f) y la

distancia euclidiana entre el satélite y el receptor está dada por:


85 | Página

∆𝑝ℎ,𝑓𝑖𝑜𝑛𝑜𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎

= −40.3

𝑓2 ∫ 𝑁𝑒𝑑𝑙 (3.26)

∆𝑔𝑟,𝑓𝑖𝑜𝑛𝑜𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎

= +40.3

𝑓2 ∫ 𝑁𝑒𝑑𝑙 (3.27)

Las mediciones de fase sufren un avance al cruzar la ionosfera, es decir, un

retardo negativo, y las mediciones de código sufren un retraso positivo.

Como la ionosfera es un medio dispersivo, las señales GNSS refractadas

dependen de sus frecuencias (como la inversa al cuadrado). Esta dependencia de

la frecuencia de la señal nos permite eliminar su efecto hasta más del 99,9%

mediante dos mediciones de frecuencia. Pero, los receptores de frecuencia

individual tienen que aplicar un modelo de predicción ionosférico para eliminar (en

lo posible) este efecto, pueden alcanzar hasta varios metros [53].


86 | Página

CAPÍTULO 4 | “Corrección

del error”


87 | Página

4.1 Caracterización del error GNSS

Las observaciones de datos GNSS causan una posición estimada poco fiable.

Para entender mejor el problema, se presenta un análisis de los datos GNSS

desde un receptor GNSS.

Los sistemas GNSS se basan en la localización por triangulación. Los satélites

envían un mensaje con la información (tiempo y efemérides del satélite) esto

permite a los receptores en la Tierra calcular su posición. Desafortunadamente, el

sistema GNSS no es perfecto. Muchos errores de medición provocan una mala

localización del receptor como se describió anteriormente en el capítulo 2.

4.2 Modelo para la corrección del error

Los usuarios de frecuencia única de Sistemas de Navegación Global por Satélite

(GNSS) necesitan corregir el enlace relacionado con el error ionosférico arriba de

100 m. Debido a que la magnitud del error es directamente proporcional según el

contenido total de electrones (TEC) de la ionosfera, la información de la corrección

puede ser proporcionada por mapas del TEC deducidos de las mediciones GNSS.

Se debe tener en cuenta el nivel de la actividad solar. Por lo tanto, los coeficientes

son fijos durante el ciclo solar.

Cuando las señales de los Sistemas Globales de Navegación por Satélite (GNSS)

de la banda L viajan a través de la ionosfera se retrasan debido a la interacción de

la onda de radio con el plasma ionosférico. El retraso provoca errores en un

intervalo de hasta 100 metros. En una primera aproximación el error de la

distancia es proporcional a la integral de la densidad de electrones a lo largo de la

trayectoria del rayo (contenido total de electrones (TEC) y se puede aproximar por:


88 | Página

𝑑𝐼 ≈𝐾

𝑓2 ∫ 𝑛𝑒𝑑𝑠 =𝐾

𝑓2𝑇𝐸𝐶𝑠𝑙𝑛𝑡 (4.1)

Donde 𝐾 = 40.3 𝑚3𝑆−2 y la integral de la densidad de electrones 𝑛𝑒 a lo largo del

trayecto del rayo 𝑠 define el total del contenido de electrones 𝑇𝐸𝐶𝑠𝑙𝑛𝑡 que a

menudo se mide en la unidad TECU del TEC (1 𝑇𝐸𝐶𝑈 = 1𝑥106 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑛𝑒𝑠/𝑚2). El

valor de 1 TECU corresponde a un error en la distancia de 16.2 cm en la

frecuencia de GPS L1.

Mientras que este error puede ser corregido en las mediciones de doble frecuencia

por una combinación lineal de las fases de L1 y L2, las mediciones de una

frecuencia necesitan información adicional para mitigar el error de la propagación

ionosférica. Esta información puede ser proporcionada por mapas del TEC

deducidas a partir de las mediciones GNSS. Por lo tanto, los receptores de una

sola frecuencia utilizan sistemas de posicionamiento y radares de teledetección,

se basan en modelos ionosféricos que proporcionan una estimación climatológica

del impacto ionosférico, para estimar el tiempo de retraso transionosferico o el

error de distancia, varios modelos ionosféricos están disponibles en la actualidad.

Los usuarios de una sola frecuencia GPS pueden corregir los errores de la

distancia por la transmisión de la corrección GPS o el modelo Klobuchar [15].


89 | Página

4.3 Modelos de corrección de una frecuencia

La mayoría de los modelos y métodos de estimación de retardo para la corrección

ionosférica en el GNSS se basan en hipótesis. Se considera que el TEC puede

modelarse de forma precisa asumiendo que toda la ionosfera está concentrada en

una capa de anchura infinitesimal a una altura de 350km (este valor varía de

unos modelos de otros). El retardo ionosférico en las medidas GNSS pueden

corregirse usando una estimación proporcionada por un modelo ionosférico:

4.4 International Reference Ionosphere (IRI)

La Referencia Internacional de la Ionosfera (IRI) es un proyecto internacional

patrocinado por el Comité de Investigaciones Espaciales (COSPAR) y la Unión

Internacional de Radio (URSI). Estas organizaciones formaron un grupo de trabajo

en los años sesenta para producir un modelo estándar empírico de la ionosfera,

basada en todas las fuentes de datos disponibles. Varias ediciones

constantemente mejoradas del modelo han sido publicadas. Dando los datos de

lugar, fecha y hora, el IRI proporciona promedios mensuales de la densidad

electrónica, temperatura electrónica, temperatura de los iones, y la composición de

iones en el rango de altitud de 50 km a 1000 km. Además los parámetros dados

por el IRI incluyen el Contenido Total de Electrones (TEC), un usuario puede

seleccionar el inicio y final de altura en la integral.

Las principales fuentes de datos son la red mundial de ionosondas, los poderosos

radares de dispersión incoherente (Jicamarca, Arecibo, Millstone Hill, Malvern,

San Santin), las sirenas de la superestructura ISIS y Alouette, instrumentos in situ


90 | Página

de varios satélites y cohetes. IRI es actualizado anualmente durante talleres

especiales IRI (por ejemplo, durante la asamblea general COSPAR). La

información se puede encontrar en los informes de los talleres. Se han diseñado

diversas extensiones, como la descripción de la aurora, la ionosfera polar y la

consideración de los efectos de tormentas magnéticas [26].

Las ionosondas proporcionan información virtual sobre alturas y estimaciones de

perfiles de densidades de la parte inferior de la ionosfera (también conocidos por

sondeo bi- estáticos). Basado en datos obtenidos por diversas técnicas de sondeo

ionosférico, principalmente por ionosondas en la Tierra, radares de dispersión

incoherente, ionosondas desde satélites y datos tomados in situ por cohetes.

Desde sus inicios, se pensó en que en lugar de configurar el IRI como un conjunto

de tablas era preferible el desarrollo de los ordenadores, presentarlo como un

código, para un lugar y tiempo determinados, el modelo ofrece los promedios

mensuales de los perfiles de densidad y temperatura para los electrones que

componen la ionosfera, para condiciones geomagnéticas tranquilas. La versión

(Bilitza, 2001) incorpora también subrutinas para simular condiciones de tormenta

geomagnética. El primer código se publicó en 1978 y estuvo bajo revisión durante

una década. A partir de 1982 se vienen organizando reuniones anuales en las que

se discute y se añaden mejoras al modelo. Está sujeto a una continua discusión

científica para añadir nuevos datos o hacer modificaciones [14].

En la última versión disponible, IRI 2011 (Bilitza, 2001; Bilitza, 2003), el perfil de

densidad electrónica se construye a partir de 6 subregiones que modelan las

capas D, E, 𝐹1 y 𝐹2, incluyendo la parte por encima del pico 𝐹2para la que usa el

modelo de Bent.


91 | Página

(a) Para la parte superior al pico 𝐹2 (topside). La parte superior se construye a

partir de los datos del pico de la capa 𝐹2 (altura y concentración electrónica

máxima) donde se emplea los coeficientes del Comité Consultivo

Internacional de Radiocomunicaciones (CCIR),los del URSI o intraducidos

por el usuario. Se emplea la función del modelo de Bent pero evita las

discontinuidades al aplicar funciones analíticas en altitud, latitud, actividad

solar y frecuencia crítica de 𝐹2 (𝑓0 𝐹2), lo que mejora la representación de la

densidad electrónica (Bilitza et al, 1998).

(b) Para la parte inferior al pico 𝐹2. En esta región la densidad electrónica está

en función de la altura donde se modela a partir del máximo de

concentración en esta región, en la altura se producen dos parámetros de

forma y grosor de la capa tabulada en función de la época del año, lugar y

actividad solar.

(c) Para la región 𝐹1. Se emplea un modelo de ocurrencia de la capa 𝐹1 que

depende del ángulo cenital solar. En función de este ángulo, de la

localización y de la actividad solar, el modelo calcula la densidad

electrónica del máximo de esta capa, si existe, y añade una capa parabólica

a la región inferior al pico 𝐹2.

(d) Región intermedia. En esta región se produce el acoplamiento entre el perfil

superior, normalizado al máximo de concentración electrónica de la capa

𝐹2, y la inferior, normalizada al pico de la capa E.

(e) En el valle de la región E: parte superior de la región E. Se obtiene el

máximo electrónico de la capa E a partir de la actividad solar, la época del

año, latitud geodésica y ángulo solar cenital. Esta región se describe con un

polinomio de 5° grado cuyos coeficientes se calculan en función de la

localización y hora del día. La capa E esporádica no está incluida en el IRI.


92 | Página

(f) Parte inferior de la región E y región D. Para esta región el IRI ofrece tres

alternativas que describen la forma del perfil electrónico en función de la

zona, época y hora del día.

Esta versión del IRI aún no incluye un modelo del plasmasfera, por lo que,

actualmente, la descripción de la ionosfera sólo es válida hasta unos 1000𝑘𝑚 [37].

4.4.1 Pagina WEB para el modelo IRI

En el complemento como desarrollo de lo expuesto, se dispone de una dirección

web de forma gratuita la cual se proporciona de forma Virtual la Observación de la

Ionosfera, Termosfera, Mesosfera por sus siglas del inglés (VITMO) y Modelos de

Algoritmos Relacionados.

Como se observa en la figura 4.1, se ofrece los modelos del campo magnético en,

en la segunda y tercera viñeta parámetros relacionados, de la Referencia

Internacional de la Ionosfera IRI-2007 e IRI-2012, en la cuarta viñeta el Modelado

de la Atmósfera MSIS-E-90 y en la quinta viñeta los parámetros del modelo

IGRF/DGRF. De los cuales la importancia radica en los parámetros obtenidos y

estimados del IRI-2007 e IRI-2012.

En estas dos viñetas permiten el cálculo y el trazado de los parámetros IRI ya

sea por los métodos (NRL-MSI-2002, para IRI-2012 ó CIRA-86 para IRI 2007) [31].


93 | Página

Figura 4.1 Elección del sistema de referencia IRI

La utilización de este servicio es muy fácil y tiene una versatilidad para la

introducción de parámetros, ya que la diferencia entre el IRI-2007 y el IRI-2012

es debido a que el IRI- 2007 usa la actualización de archivos con índices

definitivos y precisos hasta la fecha del 20 de Septiembre del 2012 y previstos

para el 2015 como una estimación y no como un valor fijo.

Este es un modelo estándar empírico de la ionosfera, en base a todas las fuentes

de datos disponibles. Varias ediciones mejoradas constantemente del modelo han

sido colocadas en Internet de forma libre, como se muestra en la figura 4.2 la

solicitud de los parámetros como lo son:

Coordenadas, ordenadas, altura, año, fecha y hora entre otros, son una serie de

valores que se necesitan para acotar un lugar y tiempo específico para entregar

valores de estimados de la existencia de ciertas partículas.


94 | Página

Figura 4.2 Solicitud de parámetros

Después de haber introducido los parámetros. Los valores pueden obtenerse de

forma gráfica o en forma de lista como se muestra en la figura 4.3. Se pueden

mostrar en saltos prolongados de 100 en 100 hasta el rango de altura establecida

o de 1 en 1, según se la necesidad de observar la gráfica. El sistema proporciona

promedios mensuales de la densidad electrónica, temperatura electrónica,

temperatura de iones, y la composición de iones en el rango de altitud de 60 km a

2000 km.


95 | Página

Figura 4.3 Resultado en forma de lista y gráfica


96 | Página

Procedemos a introducir valores para ejemplificar los resultados, las

coordenadas por google earth de ESIME Zacatenco obteniendo las coordenadas

Norte º19 30’18’’ y Oeste 99º08’6’’ y sus correspondientes datos de altura de 60 a

2000km donde radica la ionosfera de la fecha 28 de octubre del 2003 que radica

mayor presencia de ionización. La cual, se procede a realizar dos mediciones del

mismo lugar pero a diferente hora, para mostrar la diferencia que existe dentro de

la densidad electrónica de día y noche. Así como se muestra en la figura 4.4

seleccionamos la opción de altura de los datos de las variables independientes y

de la densidad electrónica de los parámetros del modelo IRI.

Los demás parámetros restantes que no son seleccionados se han previsto como

varias extensiones de modelos para la obtención de las partículas o densidades

deseadas, descripción de la aurora y la ionosfera polar, o la consideración de los

efectos de las tormentas magnéticas según sea la investigación.


97 | Página

Figura 4.4 Selección de parámetros densidad electrónica y altura

Algunos parámetros, contienen, la densidad de los electrones e iones (O +, H +,

He +, O2 +, NO +) y de temperaturas de electrones, partículas neutras, iones y

del Contenido Total de Electrones (TEC) entre otros. Los parámetros

proporcionados por el sistema que incluye el (TEC), un usuario puede seleccionar

el inicio y final de altura de dicha concentración.

La relación existente de los valores expuestos por la altura y la densidad

electrónica se han introducido en el programa MatLab con el objetivo de visualizar.

Graficas que representan el día y la noche, de un mismo lugar y fecha, se aprecia

en la gráfica 4.1.

El mes de octubre es seleccionado por ser un mes con variaciones solares

constantes registradas en el 2003, así como el año fue tomado por las llamadas


98 | Página

tormentas de Halloween de octubre-noviembre del 2003. Esta ráfaga es una de

las más intensas del (Space Weather.com). Siendo el 28 de octubre del 2003, una

de las ráfagas solares más importante registrada por el hombre en ese tiempo. La

ráfaga ocurrida el día 28 de octubre comenzó a las 9:51 horas, teniendo una

duración aproximada de 1 hora y 35 min, y una intensidad de 17.2X. La ráfaga

origino una EMC en dirección a la Tierra que alcanzó una velocidad de 2125 𝑘𝑚 𝑠⁄

cuando salió el Sol [56].

La relación de las dos graficas con los datos obtenidos de la página web del

modelo IRI contienen los parámetros, cuales muestran el desarrollo de la

ionización, en el transcurso de dos intervalos de horas específicas de este día,

dividiendo el día en dos líneas, la línea roja indica el día con una horario de 11:30

como la suma de comienzo y el tiempo que duro esta ráfaga solar, se aprecia que

en el día (línea roja), hay una mayor densidad electrónica, que en la noche (línea

azul) debido a la radiación existente por el Sol en la atmósfera así como la altura

donde se sitúa mayor la concentración electrónica de dichos iones. La línea azul

refleja un descendimiento de la concentración electrónica debido a la altura y la

ausencia del Sol, siendo las 11:59 de la noche como una hora en la que el Sol

deja de ionizar la atmósfera.


99 | Página

Gráfica 4.1 Resultados de la densidad electrónica y altura.


100 | Página

4.5 Modelo Klobuchar (GPS)

Los satélites GPS transmiten los parámetros del modelo ionosférico Klobuchar

para usuarios de una sola frecuencia. El modelo Klobuchar fue diseñado para

minimizar la complejidad computacional y almacenamiento de los parámetros

en el ordenador.

Este modelo de difusión se basa en un enfoque empírico (Klobuchar, 1987) y se

estima que corrige aproximadamente de 50 a 60% de los retrasos que provoca la

ionosfera durante condiciones ionosfericas tranquilas [58].

Para los usuarios de GPS es un modelo vertical del TEC que se basa en una

aproximación y utiliza una función de mapeo para convertir la verticalidad del TEC

a una inclinación del TEC a lo largo del trayecto del rayo [15].

En una aproximación el contenido de electrones se ve concentrado en una capa

delgada en 350 km de altura. Desde esa altura, el retardo de inclinación se

calcula a partir del retardo vertical en el Pierce Point Ionosférica (IPP) multiplicado

por un factor de oblicuidad, es decir, la función de mapeo mediante una seria de

ecuaciones, generando las ecuaciones el algoritmo Klobuchar [58].

En la Figura 4.5 se presenta un esquema del algoritmo de modelo de Klobuchar,

mostrando que los retrasos verticales se basan en un valor constante en el tiempo

de la noche y una función de medio-coseno durante el día, lo cual amplitud y el

periodo se dan como una función de los ocho parámetros de difusión en el

mensaje de navegación GPS.


101 | Página

El modelo proporciona el retraso de las señales L1 que se propagan a través de la

ionosfera en dirección vertical, este modelo hace una simple aproximación de la

función coseno como se muestra en la figura 4.5. El máximo retardo está fijado a

las 2 de la tarde hora local (LT), esta es la línea de en medio (Fase) mientras que

en la noche el retraso se establece en un valor constante de 5 ns es decir la línea

de comienzo de la función coseno como DC = 5ns. La amplitud y el período de la

función coseno son funciones de latitud geomagnética del punto de penetración de

la trayectoria del rayo del satélite al receptor a una altura de 350 km.

Figura 4.5 Modelo Klobuchar [57]


102 | Página

4.6 Modelo NeQuick

El modelo NeQuick es el modelo ionosférico propuesto para ser utilizado por los

usuarios de una sola frecuencia del Sistema Global de Navegación por Satélite

europeo “Galileo", para calcular las correcciones ionosféricas, el modelo NeQuik

es un modelo tridimensional de densidad de electrones de la ionosfera y

dependiente del tiempo., que proporciona la densidad de electrones en la

ionosfera como una función de la posición y el tiempo. Por lo que permite, calcular

los retrasos ionosféricos (TEC), a lo largo de cualquier trayectoria de rayo ya que

la densidad electrónica es integrada en el rayo.

El modelo NeQuick ha sido desarrollado en el Centro Internacional de Física

Teórica (ICTP) en Trieste y en la Universidad de Graz. El modelo NeQuick ha sido

adoptado por las recomendaciones de la Unión Internacional de

Telecomunicaciones (UIT-R) como un modelo adecuado para calcular el

Contenido Total de Electrones (UIT-R 2003) [37]. El nivel de actividad solar es

introducido por el número de manchas solares o por el flujo de radiación solar con

una longitud de onda de 10.7 cm. Los parámetros de entrada del modelo son la

posición (longitud, latitud y altura), la época (mes y UT) y la actividad solar y otros

parámetros internos como los 𝑓0𝐹2, valores, que pueden definirse de acuerdo con

la UIT-R, entre otras opciones, dependiendo del propósito [59].

Debido a que el modelo NeQuick está desarrollado dentro de los receptores

Galileo de una sola frecuencia el parámetro más sobresaliente incluido en el

sistema es el Nivel Eficaz de Ionización 𝐴𝑍 (en sustitución del flujo solar), que es

una función de la ubicación del receptor El parámetro 𝐴𝑍 se calcula usando los

datos del TEC desde estaciones GNSS, distribuidas por todo el mundo. Los

coeficientes se transmiten a los usuarios en el mensaje de navegación Galileo y

se actualizan cada 24 horas [15].


103 | Página

4.7 Cinemática en Tiempo Real (RTK)

La técnica de posición se refiere al posicionamiento basado en un código. Debido

a que el receptor se correlaciona y utiliza los códigos pseudoaleatorios

transmitidos por cuatro o más satélites para determinar los rangos para los

satélites. Dados esos rangos y conociendo dónde se encuentran los satélites el

receptor puede establecer su posición dentro de pocos metros.

Para aplicaciones tales como la topografía es requerida una mayor precisión. La

Cinemática en Tiempo Real (RTK), es una técnica que utiliza la base de la

portadora que va proporcionando rangos (y por lo tanto posiciones) que son

órdenes de magnitud más precisas que las disponibles a través del

posicionamiento basado en código [35].

Las técnicas de Cinemática en Tiempo Real son complicadas. El concepto básico

es el de reducir y eliminar los errores comunes en la estación base y la unidad

móvil. En un nivel conceptual muy básico, como se muestra en la figura 4.6, el

rango es calculado por la determinación del número de ciclos de la portadora entre

el satélite y la estación de unidad móvil, luego se multiplica este número por la

onda de la portadora [8].


104 | Página

Figura 4.6 Cinemática en Tiempo Real (RTK) [6].

Los rangos calculados todavía incluyen errores procedentes de fuentes tales como

reloj del satélite, efemérides, la ionosfera y los retrasos de la troposfera. Para

eliminar estos errores y tomar ventaja de la precisión de las mediciones del

rendimiento de RTK, requiere mediciones que se transmiten desde la estación

base a la estación móvil. Un complicado proceso llamado "ambigüedad de

resolución" es necesario para determinar el número de ciclos. La estación móvil

determina su posición mediante algoritmos que incorporan la resolución de la

ambigüedad y la corrección diferencial. La precisión de la posición que alcanza la

unidad móvil depende entre otras cosas, de la distancia a la estación base y la

precisión de la corrección. Las correcciones son tan precisas como la ubicación

conocida de la estación base y la calidad de las observaciones por satélite. La

selección del sitio es importante para minimizar los efectos del medio ambiente,

como interferencias y múltiples rutas, así como la calidad de la estación base,

receptores móviles y antenas [6].


105 | Página

4.8 Sistema de Aumentación Basado en Satélites (SBAS)

Para la implementación de las correcciones de las señales de los Sistemas

Globales de Navegación por Satélite GNSS que transmiten a los receptores de

los usuarios de los sistemas GNSS existen los sistemas SBAS. Los sistemas de

aumentación tienen su origen en la necesidad de disponer de mejores

prestaciones de las señales de navegación GNSS en una determinada área o

región que corrigen las señales GNSS para mejorar el posicionamiento en 2D

como 3D, ofreciendo información de la integridad y de la calidad de la señal de

navegación. Si bien en un principio se desarrollaron para su uso en la

navegación aérea, su uso actual se ha generalizado a cualquier aplicación que

necesite de un posicionamiento preciso y fiable. El funcionamiento de los

sistemas de aumentación se basa en la corrección de las señales GNSS que se

realizan en una red de estaciones terrestres de referencia, que conocen su

posición con mucha exactitud y miden el error al obtener su posición con la

señal GNSS que reciben de los satélites GNSS. Estos errores los provoca en su

mayor parte el retardo que provoca la ionosfera a la señal GNSS al atravesarla

como ya se ha mencionado. Las estaciones de referencia calculan dichos errores

y los transmiten al resto de los receptores GNSS para que corrijan su posición

teniendo en cuenta el error calculado. Hay tres tipos de sistemas de

aumentación, en función de las infraestructuras en las que se basa para

transmitir las correcciones de posicionamiento:

(a) Sistema de Aumentación Basado en Satélites, SBAS (Satellite Based

Augmentation System): son los sistemas de aumentación que utilizan

satélites geoestacionarios para mejorar la calidad del posicionamiento en

un área o región muy extensa.

(b) Sistema de Aumentación Basada en Tierra, GBAS (Ground Based

Augmentation Systems): Son sistemas de aumentación que utilizan un


106 | Página

conjunto de infraestructuras terrestres de telecomunicación en la banda

UHF y VHF para transmitir los datos al receptor GNSS. Cubren un área

muy pequeña, si bien proporcionan una mayor precisión que los sistemas

SBAS.

(c) Sistemas de Aumentación Basado en la Aeronave, ABAS (Aircraft Based

Augementation System): Este tipo de sistemas de aumentación utilizan la

información adquirida por sensores instalados a bordo de aeronaves que

sobrevuelan un área o región determinada transmitiendo las correcciones

hacia los equipos en la Tierra [2].

Todos los sistemas SBAS están compuestos por 5 subsistemas:

(a) Estaciones de medidas de distancia y de monitoreo de la integridad de la

señal GNSS (RIMS).

(b) Centro de control procesado de señal principal (MCC) con sus elementos

de control (CCF) y de procesado de los datos (CPF).

(c) Estaciones de transmisión de datos hacia satélites geoestacionarios

(NLES).

(d) Una red propia de transmisión de datos de área extendida (EWAN).

(e) Uno o varios satélites geoestacionarios que diseminan las señales hacia

los receptores de los usuarios en tierra, mar o aire.

Las estaciones terrestres de referencia (RIMS) reciben las señales GNSS y las

transmiten al centro de control y procesado (MCC) donde se reciben los datos de

todas las estaciones de la red. El centro de control comprueba, entre otras cosas,


107 | Página

que la señal recibida no ha sufrido distorsiones o modificaciones y que los relojes

de los satélites están funcionando correctamente. El MCC realiza el procesado

conjunto de todas las señales GNSS recibidas por la red de referencia y obtienen

los siguientes datos:

(a) La posición verdadera de los satélites.

(b) El error de los relojes a bordo de los satélites.

(c) Una estimación del error vertical provocado por el retardo ionosférico dentro

de la zona cubierta por las estaciones de referencia.

Estos datos conforman las denominadas correcciones diferenciales para el área

cubierta por las estaciones de control. Los datos se empaquetan y se transmiten a

las estaciones de enlace con los satélites geoestacionarios (NLES). Los datos se

utilizan para modular la señal de navegación que se trasmiten de forma continua

a los satélites geoestacionarios. Los satélites geoestacionarios reciben la señal de

las NLES y las retransmiten a los usuarios en la frecuencia L1. Para el receptor

del usuario en la Tierra, la señal recibida de un satélite geoestacionario es

indistinguible de la de un satélite GNSS.

Este método cubre zonas muy amplias, pero en contrapartida, por las propias

características de los sistemas de comunicación utilizando, la información final y la

estación de referencia también puede provocar que las correcciones calculadas

por la estación terrestre no sean válidas para el receptor, si éste se encuentra

muy alejado de la zona cubierta por las estaciones de referencia, ya que la

ionosfera se comporta de forma diferente en cada lugar. Con sistemas SBAS se

puede llegar a tener una precisión de hasta 4metros y 2metros en horizontal. Si

bien son precisiones suficientes para el vuelo de aproximación al aeropuerto,

son insuficientes para las operaciones de aterrizaje. Para ello se han desarrollado


108 | Página

los sistemas GBAS. La figura 4.7 muestra los sistemas SBAS disponibles, o en

desarrollo, en la actualidad y su zona de cobertura [2].

Figura 4.7 Sistemas SBAS operativos o en desarrollo

Los sistemas SBAS operativos o en fase de despliegue son los siguientes:

(a) El sistema americano WASS, cubre EEUU, Alaska, Canadá y parte de

México

(b) El sistema Europeo EGNOS, cubre el continente europeo y norte de África

(c) El sistema ruso SDCM, cubre Rusia y parte de los países limítrofes


109 | Página

(d) El sistema indio GAGAN, cubre el continente Indio.

(e) El sistema Chino Beidou I, no mostrado en la figura, pero que cubre China,

India, Mongolia, Tailandia, Camboya, Myanmar, Laos y Vietnam entre otros

(f) Los sistemas SBAS en fase de diseño son:

(a) El sistema sudamericano SACCSA, cubrirá parte de Centroamérica,

Cuba y El Caribe, además de los países del cono sur.

(b) El sistema africano AFI, cubrirá toda África y parte de los países

árabes.

(c) El sistema malayo, que en estos momentos está en fase de

desarrollo, cubrirá Malasia.

Los más sobresalientes se muestran en el esquema 4.1

Esquema 4.1 Sistema de Aumentación Basado en Satélites SBAS [2]

WAAS EGNOS MSAS

América del Norte

EUROPA JAPON

Sistema de Aumentación Basado en Satélites SBAS

INDIA

GAGAN

RUSIA

SDCM

CHINA

QZSS


110 | Página

4.9 Sistema de Aumento de Área Amplia (WAAS)

El Sistema de Aumento de Área Amplia WAAS (Wide Area Augmentation System)

es operado por EE.UU. por la Administración Federal de Aviación (FAA) y está

destinado fundamentalmente para apoyar la navegación aérea. También

proporciona precisión DGPS para los receptores terrestres y marítimos GPS

habilitados WAAS, la mayoría se encuentra en América del Norte. WAAS está

diseñado para proporcionar al menos 7m de precisión en cualquier lugar dentro de

su área de servicio. La precisión para los receptores GPS habilitados WAAS es

típicamente de 1.5m a 3m. La señal de WAAS ha estado disponible desde el año

2000 para usos diferentes a la aviación, como la agricultura, la recreación y

transporte terrestre. Los receptores GPS habilitados WAAS están en uso hoy en

día. El sistema WAAS consta de:

(a) Una red de 25 estaciones de referencia GPS para toda la zona (en todo el

territorio continental de EE.UU., Alaska, Hawai y Puerto Rico).

(b) Dos estaciones maestras de área amplia (una WMS en cada uno de los

extremos del país).

(c) Varios satélites geoestacionarios (GEO) sobre el ecuador.

La red recopila las mediciones de doble frecuencia (L1 y L2) de pseudistancia para

todos los satélites GPS, así como las condiciones meteorológicas locales. Cada

WMS recopila los datos de las estaciones de referencia GPS y crea un mensaje

de corrección. A diferencia de un mensaje de corrección estándar DGPS, este

mensaje no proporciona las correcciones de pseudodistancia. En cambio, brinda

distintas efemérides, el reloj y las correcciones ionosféricas. Las correcciones

troposféricas no están incluidas, porque los errores troposféricos están muy

limitados y el WAAS cubre una zona muy amplia. El mensaje de corrección

también incluye datos de integridad del sistema GPS y parámetros orbitales de los

satélites GEO. Los mensajes de corrección se enlazan a los satélites


111 | Página

geoestacionarios, combinados con otros datos de los satélites y se transmiten de

regreso a la Tierra en la frecuencia GPS L1. Las señales son moduladas con un

código PRN similares a las señales de los satélites GPS. El sistema puede recibir

señales en gran parte de América del Sur. Sin embargo, en este momento no hay

estaciones de referencia del WAAS para generar las correcciones en el continente

africano, por lo que las señales WAAS no proporcionan mayor exactitud sobre el

GPS autónomo en América del Sur. En la figura 4.8 se muestran los diferentes

tipos de satélites geoestacionarios que proporcionan la corrección para diferentes

sistemas.

Figura 4.8 Satélites geoestacionarios [39].


112 | Página

4.9.1 Comparación de modelos

En el caso del modelo Klobuchar (1987) la información de la ionosfera es enviada

a las señales de los satélites de navegación, mientras que para el mapeo de la

información en tiempo real se envía regionalmente mediante los sistemas ya

mencionados a través de una radiodifusión (o cualquier otra forma) por satélite en

las frecuencias de GPS. El trazo de los mapas en el sistema de tiempo real espera

ofrecer mayor precisión sobre los modelos que requieren de infraestructura en

forma de una red de receptores de frecuencia dobles sobre el área de interés o en

donde se encuentren estos receptores. En la actualidad los sistemas de tiempo

real de corrección ionosférica utilizan el concepto de la aproximación de la

ionosfera para un retraso de una sola altura en la ionosfera (modelo de capas

delgadas). Un concepto alternativo, de imágenes tomográficas, es una técnica

usada en la medicina, para crear imágenes de un parámetro a partir de medidas

integradas. Eso es útil para el mapeo de la ionosfera porque eso permite observar

y entender el campo de profundidad del objeto al representarlo correctamente, en

varios cientos de kilómetros. La representación de la demora ionosférica en la

forma de imágenes de densidad de electrones permite, de forma más precisa el

cálculo del retardo a partir de una localización particular, mediante una

aproximación. El mapeo ionosférico ya ha sido usado exitosamente para el GPS

de frecuencia doble para el posicionamiento en código de fase y portadora sobre

grandes áreas. El objetivo es mostrar la precisión de navegación que podría

lograrse mediante imágenes tomográficas de densidad de electrones para corregir

el exceso de retardo desconocido en señales de frecuencia individuales y de

doble frecuencia. Esto se demuestra a través de una serie de comparaciones

entre los cálculos de navegación que están cada uno realizando, usando una

aproximación de diferentes modelos de correcciones ionosfericas como lo son:


113 | Página

(a) Ninguna corrección.

(b) Modelo Klobuchar.

(c) Modelo IRI.

(d) Pronóstico de imágenes.

(e) Casi en tiempo real.

(f) Receptor de imagen de doble frecuencia.

La diferencia entre las imágenes de pronosticación y las imágenes de casi tiempo

real es la comparación de diferentes latencias o retardos temporales que

permiten la intercalación de datos, cálculos y transmisión esenciales para la

implementación de un sistema de corrección. El resultado de la doble frecuencia

es un punto de referencia que muestra la mejor posición lograda en ese instante

sin promediar el tiempo [49].


114 | Página

4.10 Corrección de retardo ionosférico para receptores GPS de una sola

frecuencia utilizando la correlación de mapeo tomográfica

Una segunda alternativa de hacer las mediciones, de las partículas en la

ionosfera, son los mapas de densidad de electrones, presentadas en el siguiente

estudio, donde se da la comparación de los modelos y métodos ya mencionados.

Los estudios abarcan varios días, los cambios diurnos y estacionales más el clima

espacial. Tomando en cuenta los receptores GPS que se encuentran en cuatro

sitios diferentes del continente Europeo.

La mayoría de los receptores satelitales de navegación operan en una sola

frecuencia y experimentan un error de posicionamiento debido a la demora

ionosférica. Esto puede ser compensado usando una variedad de aproximaciones

que se comparan. La Técnica de imagen tomográfica 4D se utiliza para asignar la

densidad de electrones de la ionosfera sobre la región europea. Los mapas de

densidad de electrones, son utilizados para calcular el exceso del retardo en la

propagación de la frecuencia L1, por los receptores GPS en lugares seleccionados

en toda Europa. La observación del exceso de retardo se aplica para corregir la

pseudo-distancia de la frecuencia única en cada ubicación. La técnica tomográfica

en tiempo real es para dar soluciones de navegación mejores que los métodos de

modelización empíricos y de acercamiento de exactitud de doble frecuencia. Las

mejoras en precisión de posicionamiento varían de un día a otro dependiendo de

las condiciones ionosfericas, porque pueden ser de hasta 25m. Durante el

mediodía y en condiciones de máximos solares a nivel de latitudes medias en

Europa. La principal fuente de error del Sistema de Posicionamiento Global (GPS)

para receptores de una frecuencia es el exceso debido a la incertidumbre del

retardo de la señal propagada a través de la ionosfera.

Hay dos métodos para compensar el retraso:


115 | Página

(a) El primero es el uso de un modelo que representa el retardo ionosférico, el

Modelo Klobuchar (1987).

(b) El segundo el modelo de Referencia Internacional Ionosfera (IRI) (Bilitza

2001).

Es una alternativa de aproximación que consiste en implementar la cartografía en

tiempo real y para transmitir la información para el usuario de navegación. La idea

de mapear la ionosfera en tiempo real para hacer correcciones se ha estudiado e

implementado en varias regiones del mundo [29].

Los receptores utilizados usan métodos diferentes. Cada dato de los receptores

así como el de doble frecuencia están registrados en el Receptor Independiente

de Intercambio de Formato (RINEX) este formato toma una muestra con un

período de 30s, y esto es mucho más largo que el muestreo del período de 1s que

normalmente se usa para el posicionamiento en tiempo real, pero es suficiente

para comparar las correcciones ionosfericas. La ubicación de estos sitios de

prueba se muestra con marcas X del color rojo y las marcas + en color verde en

la figura 4.9 donde estas muestran la ubicación de los receptores GPS de doble

frecuencia que se utilizaron para las imágenes tomográficas para crear las

correcciones ionosfericas para los métodos d y e.


116 | Página

Figura 4.9 Ubicación de sitios de pruebas [29].

Las posiciones de los satélites se calculan a partir de la precisión de efemérides

obtenidas del Servicio Internacional de GNSS (IGS). Estos fueron interpolados

utilizando una de cuatro armónicas interpoladas aplicadas cada 2 horas de la

órbita para alcanzar una precisión de 0.25m en la posición del satélite.

Los satélites especifican los sesgos de reloj que se obtuvieron de la IGS y de

interpolaciones lineales que se utilizaron para estimar sus valores en el los


117 | Página

tiempos apropiados. Con el fin de implementar cálculos en modelos de una sola

frecuencia para la posición sin tomar en cuenta la ionosfera el código de

corrección de nombre P1 que se extrae a partir del archivo RINEX. Los retrasos

troposféricos se han estimado de las altitudes recibidas y de la elevación usada

de aproximación de los satélites. Estas correcciones resultaron en un conjunto de

observaciones de pseudodistancia parcialmente corregida para cada sitio en la

frecuencia de muestreo de los datos del IGS, de cada 30 s. El receptor calcula

su posición usando una estimación de mínimos cuadrados aplicando a la

observación de corrección de pseudodistancia. En esta etapa no se tuvo en

cuenta la ionosfera y por lo tanto este constituyó el primer método, los resultados

de los cuales son etiquetados "sin corregir o ninguna corrección". El segundo

método consistía en utilizar “el modelo Klobuchar”, modelo, actualmente de

difusión en forma de coeficientes sobre la señal GPS L1.

El modelo representa la ionosfera mundial en ocho coeficientes que pueden ser

utilizados por un receptor para hacer correcciones en tiempo real para las pseudo-

distancias de señal. Los resultados de este modelo son etiquetados como el

“modelo Klobuchar”. El tercer método es el IRI Modelo 2001 (con la etiqueta

'IRI2001'). Esto proporciona una completa descripción en 3D de la densidad de

electrones en una escala mundial asumiendo el conocimiento de la fecha, la hora

y la radiación solar. Este modelo no se utiliza actualmente para correcciones

ionosfericas en el GPS en tiempo real. Las correcciones ionosfericas se

calcularon utilizando un adelanto integrado a través del modelo a lo largo de

caminos inclinados para estimar el retraso ionosférico a la señal L1.El cuarto

método es utilizar un algoritmo de tomográfica de mapas en tiempo real conocido

como Sistema de Análisis de Datos Multi-Instrumento (MIDAS). La versión del

algoritmo descrito ha sido mejorada. Los datos de entrada vinieron de receptores

de doble frecuencia.

Un pronóstico en tiempo real (es un sondeo de 40 minutos) usando algoritmos.

Estos resultados están etiquetados como “pronósticos de 40min” y son


118 | Página

nombrados, con la etiqueta “casi en tiempo real ". El área representada por la

figura 4.9 fue utilizada para los modelos IRI, tomografías MIDAS y el sondeo de 40

min. El área de cobertura se extendió mucho más allá de las fronteras de Europa

para permitir el cálculo del (TEC) incluso para los rayos de elevación bajos. El

cuadro se centró en 50º N, 15º E, permitiendo una similitud ala forma de un

píxel es decir [17]. Las distancias en latitud de -44º a +44 º (de Oeste a Este) en

pasos de 4 º, en longitud de -44º a +44 (de sur a norte), en pasos de 4º y en

altitud a partir de 100 a 1,500 kilómetros en Pasos de 50 km [29].

4.10.1 La Pseudodistancia y el retraso ionosférico para los

modelos de corrección

Las notaciones utilizadas aquí se derivan de Klobuchar (1996) deducidas de 𝐼𝑓−2

proveniente de la demora del grupo ionosférico o avance de fase en metros,

𝐼𝑓−2 = 4.3 𝑓−2 ∫ 𝑁 𝑑𝑙 (4.2)

I = 40.3∫ 𝑁 𝑑𝑙 (4.3)

Donde

𝑓 Es la frecuencia de la señal en Hertz.

𝐼 Es del término retardo ionosférico en 𝑚 𝑠2⁄ :

𝑁 Es el 1 el TEC en 𝑒− 𝑚2⁄ .

La ecuación 4.2 y 4.3 muestra el retraso ionosférico que se puede calcular si se

conoce el TEC, o medidas de las observaciones de pseudo-distancias disponibles

para al menos dos frecuencias. La posición de doble frecuencia se calcula a partir


119 | Página

de la pseudodistancia de ionosfera libre, etiquetada como 𝑃0. Calculado a partir

de cuatro observables P1, P2, L1 y L2 como se explica a continuación. P1 y P2

son las pseudo-distancias desde el código de precisión P (P-Código). L1 y L2 son

las fases de portadoras grabadas en la señal convertida a unidades de

distancia.

Expresando P1 y P2 con 𝑃0, 𝐼𝑓−2 y 𝜀 siendo el ruido:

𝑃1 = 𝑃0 + 𝐼𝑓−2 + 𝜖1 (4.4)

𝑃2 = 𝑃0 + 𝐼𝑓2−2 + 𝜖2 (4.5)

Y expresando L1 y L2 con 𝑃0, con 𝐼𝑓−2 , n siendo el número entero de

ambigüedad y 𝜆 la longitud de onda portadora:

𝐿1 = 𝑃0 − 𝐼𝑓1−2 + 𝑛1 𝜆1 (4.6)

𝐿2 = 𝑃0 − 𝐼𝑓1−2 + 𝑛2 𝜆2 (4.7)

Dada dos ecuaciones para 𝐼


120 | Página

𝑃1−𝑃2

𝑓1−2−𝑓2

−2 = 𝐼 +𝜖1−𝜖2

𝑓1−2−𝑓2

−2 (4.8)

𝐿1−𝐿2

𝑓1−2−𝑓2

−2 = −𝐼 +𝑛1𝜆1−𝑛2𝜆2

𝑓1−2−𝑓2

−2 (4.9)

La ecuación (4.8) entrega a 𝐼 como un término de ruido. La ecuación (4.9) da a

𝐼 como un término de desplazamiento de la ambigüedad entera. La ambigüedad

se mantiene constante mientras que el satélite es visible independientemente de

largos o cortos cambios llamados ciclo de deslices. El término de la ecuación (4.9)

es la compensación que depende de la ambigüedad y permanece también

constante, aparte de cambios similares. La ecuación. (4.9) que representa los

grandes y repentinos, cambios del término de desplazamiento que son fácilmente

detectables. El desfase entre el ciclo de deslizamiento es tomado como una

media ponderada de las diferencias entre el primera y segunda soluciones

anteriores, es decir, el valor de 𝐼 es calculado mediante el ajuste de la ecuación.

(4.9), en la ecuación (4.8) la cosecante de los ángulos de elevación se utiliza para

los enlaces. De esta manera, los enlaces están correlacionados con la relación

señal a ruido (Klobuchar 1996). Entonces se obtiene:

𝑃1 − 𝐼𝑓1−2 = 𝑃0 + 𝜖 (4.10)


121 | Página

𝐿1 − 𝐼𝑓1−2 = 𝑃0 + 𝑛1𝜆1 (4.11)

Una vez más, la ecuación. (4.10) denota como 𝑃0 un término de ruido y la

ecuación (4.11) denota como 𝑃0 un término de desplazamiento. 𝑃0,

anteriormente es 𝐼, calculada por la ecuación (4.11) en la ecuación (4.10) como

una media similar de enlace. La posición no corregida se calcula utilizando P1. Las

otras posiciones se calculan a partir del error ionosférico corregido, aquí llamada

𝑃0 , de manera similar a la ecuación. 4.4:

𝑃0′ = 𝑃1 − 𝐼𝑓1

−2 (4.12)

El término retardo ionosférico 𝐼 se calcula usando la ecuación. 4.3, con 𝑁 como la

concentración de electrones desde el modelo o el mapa y 𝑑𝑙 como el trayecto del

rayo.


122 | Página

4.10.2 Análisis gráfico

La Figura 4.10 muestra un ejemplo de una imagen tomográfica sobre la región de

Europa acotada en latitud y en longitud para mostrar la distribución espacial de

TEC vertical. El ejemplo se ha elegido arbitrariamente y de las 12:00 UT del 13 de

Octubre de 2002. Esto muestra un gradiente en el TEC que aumenta hacia el sur

como sería de esperar para este tiempo y ubicación [29].

Figura 4.10 Imagen tomográfica sobre la región de Europa [29]


123 | Página

La grafica 4.2 muestra los resultados presentados del día de 13 de octubre del

2010 con el 90% del error absoluto en la variación diurna del TEC vertical, en las

gráficas (4.2), (4.3) (4.4), (4.5) y en las distintas ubicaciones de la figura 4.9,

basadas en un porcentaje de error y un tiempo.

Gráfica 4.2 MAR 6

En la gráfica (4.2) está definida por el receptor MAR6 cada curva muestra el

posicionamiento con un error de cálculo de punto por punto, basado sobre todos

los puntos para cada media hora de este día. La precisión general de los modelos

es, en orden creciente: sin corregir, Klobuchar, IRI2001, sondeo de 40 min, casi en

tiempo real y de doble frecuencia. Se puede observar comparando (4.2) con (4.3)

y (4.4) con (4.5) que la mayoría del error de posicionamiento es causado por los

impactos de la ionosfera en la componente vertical en lugar de la horizontal [29].


124 | Página

Gráfica 4.3 GOPE [29]

La gráfica (4.3) muestra las ondas con errores de posicionamiento del sitio GOPE

son sitios de prueba, en la prueba se muestra el mismo orden de aumento,

mostrando una variación del error en la frecuencia dual (curva azul), esta variación

se le atribuye a que el receptor por ser más cercano a la referencia real tiene un

error de compensación [29].


125 | Página

Gráfica 4.4 VILL [29]

En la gráfica (4.4) la variabilidad de la ionosfera es más evidente hora tras hora,

para los errores de posicionamiento de frecuencia individuales del modelo sin

corregir. En general el orden de la exactitud es similar a los resultados medidos.

Los cuatro sitios muestran el mismo orden de aumento de la precisión.

Comparando los resultados no corregidos en cada uno de las cuatro gráficas

(curva roja) se producen los errores más grandes al mediodía, observando con el

equipo situado más al norte, el MAR6, experimentando valores medios de

aproximadamente 10m (90% de 18 m), en el centro ubicación de GOPE, los

valores medios de aproximadamente 11 m (90% de 20 m) y los dos sitios del sur,

VILL y ANKR, los valores medios de cerca de 13m (90% a 20 m) [29].


126 | Página

Gráfica 4.5 ANKR

Para la gráfica (4.5) el modelo Klobuchar reduce estos errores significando valores

de alrededor de 3 y 4 m respectivamente. Curiosamente el modelo IRI trata de

consolidado todos los errores en los valores medios de cerca de 3 m (90% 6 m).

Esto implica que se está compensando para el error de la ionosfera para los sitios

del sur mejores (en términos porcentuales) que en las del norte.

En este proceso las lecturas demostraron que los modelos de una frecuencia son

capaces de acotar el error en de los valores promedio de alrededor de 1,5 m (90%

3m) y el receptor de frecuencia doble en los valores medios de aproximadamente

0,5 m (90% 1,5 m) para estas posiciones en tiempo real [29].

Conclusión


128 | Página

Conclusión El GNSS tiene una gran variedad de aplicaciones, que se utilizan en la tierra, mar

y aire, el sistema proporciona la posición de los receptores con un margen de

error. En la actualidad, un gran número de usuarios del GNSS necesitan

resultados en tiempo real, la señal del satélite viaja hacia el receptor pasando por

varias capas que cubren la Tierra, estas capas tienen mucha variación

dependiendo de la época del año, ciclo solar y hora del día, el error es mayor en la

capa de la ionosfera por el contenido total de electrones que contiene la ionosfera,

las perturbaciones ionosféricas inducen fluctuaciones rápidas en la fase y la

amplitud de las señales recibidas del GNSS. Esto hace que la señal tenga un

retardo y los receptores no puedan dar una posición con gran precisión como el

sistema lo permite. Para mitigar este error se utilizan los sistemas de

aumentación descritos como GNSS diferencial debido a que estos sistemas

corrigen y retransmiten esta corrección a los demás receptores con tal de tener

una mejor precisión.

El análisis de los modelos de corrección de la ionosfera para las diferentes

frecuencias muestra claramente que son muy similares. Los resultados de los

monitoreos de algunos modelos se actualizan constantemente. La desviación

media y la desviación estándar conducen a la conclusión de que se pueden lograr

mejores resultados de corrección ionosférica al aplicar una doble frecuencia en la

señal del sistema para mitigar el retardo que provoca la ionosfera, teniendo así un

mejor rendimiento del sistema.

Acrónimos


130 | Página

ACRONIMOS

ABAS Sistema de Aumentación Basado en Satélites / Satellite-Based Augmentation

Systems

BPSK Modulación Binaria por desplazamiento de fase / Binary phase-shifted key

CIO Convención Internacional Origen / Conventional international origin

C/A Código de Adquisición Aproximativa

COMPASS Sistema de posicionamiento chino Beidou-2

DGPS GPS diferencial / Differential GPS

ECEF Sistema de coordenadas y coordinadas elipsoidales / Earth-centered, earth-fixed

coordinates

ED50 Dato Europeo 1950 / European Datum 1950

ETRS89 Referencia Terrestre Europeo Sistema de 1989

FDMA Acceso Múltiple por División de Frecuencia/Frequency Division Multiple Access

FI Frecuencia Intermedia

FLL Bucle de enganche de frecuencia / Frequency lock loop

GBAS Sistema de Aumentación Basado en Tierra / Ground Based Augmentation System

GIO Orbita Inclinada Geosíncrona / Geosynchronous Inclined Orbit

GLONASS Sistema de Navegación Global por Satélite / Global naya Navegatsion naya

Sputnikovaya Sistema

GNSS Sistema de navegación Global por Satélite / Global Navigation Satellite System

GPS Sistema de Posición Global / Global Positioning System

GRS80 Sistema de referencia Geodésico 1980

GST Tiempo del Sistema Galileo / Galileo System Time

ICAO Organización internacional para la aviación civil / International Civil Aviation

Organization

IGS Servicio Internacional GNSS / International GNSS Service

IERS Oficina Central del Servicio Internacional de Rotación de la Tierra

INS Sistemas de Navegación Inercial / Inertial Navigation Systems


131 | Página

ITA Tiempo Atómico Internacional / International Atomic Time

ITRF Marco de Referencia Terrestre Internacional

LEO Orbita Terrestre Baja / Low Earth Orbits

LIDAR Light Detection and Ranging o Laser Imaging Detection and Ranging

LHCP Polarización Circular Izquierda / Left Hand Circular Polarization

IRNSS Sistema Regional de la India de Navegación por Satélite

MAC Concepto de Maestro Auxiliar / Master-Auxiliary Concept

MEO Orbita Estacionaria Media / Medium Earth Orbit

MUF Máxima frecuencia Útil / Maximum Usable Frequency

NAVSTAR Sistema de Navegación que Utiliza Tiempo y Distancia / Navigation System Using

Timing and Ranging

NAD83 Dato Norte Americano 1983

NAVD88 Dato Norte americano Vertical 1988

NSSTC Ciencia y Tecnología del Centro Espacial Nacional

NGS Servicio Geodésico Nacional / National Geodetic Survey

PEO Orbita Estacionar Polar / Polar Earth Orbit

PLL Bucle de Enganche de Fase / Frequency lock loop

PPS Servicio de posicionamiento preciso / Precise Positioning Service

P (Y) Código de Precisión cifrado o encriptado para uso militar

QPSK Modulación Cuadrifásica por Desplazamiento de Fase / Quadrature Phase Shift

Keying

QZSS El sistema de satélites cuasi-Zenith / Quasi-Zenith Satellite System

RAIM Receptor con Supervisión Autónoma de la Integridad

RF Radio Frecuencia / radio frequency

RFI Interferencia de radio frecuencia / Radio Frequency Interference

RHCP Polarización Circular Derecha / Right-handed circular polarization

RINEX Formato Recetor independiente de cambio / Receiver Independent Exchange

(format)

RTK Cinemática en Tiempo Real / Real Time Kinematic


132 | Página

SA Disponibilidad Selectiva / Selective availability

SAD69 Dato sudamericano 1969 / Sudamericana Datum 1969

SBAS Sistema de Aumentación Basado en Satélites / Space-based augmentation system

SPS Estándar de Servicio de Posicionamiento / Stándar Positioning Service

SRDI Sistema de Referencia Espacial de Identificador

SRNS Sistema de radio navegación por satélite / Satellite Radio Navigation Sistem /

SV Vehículo Espacial / Space vehicle-

TEC Contenido Total de Electrones / Total electron content

TECU Unidades de Contenido Total de Electrones / ETEC units

TDT Tiempo dinámico terrestre / Terrestrial dynamic time

UT Tiempo universal / Universal time

UTC Tiempo universal Coordinado / Coordinated universal time

VRS Estación Virtual de Referencia / Virtual reference station

WAAS Sistema de Aumentación de Area Ancha / Wide Area Augmentation System

WGS84 Sistema Geodésico Mundial 1984 / World Geodetic System 84.

Glosario


134 | Página

GLOSARIO Banda de base Gama de frecuencias de la señal de información destinada a modular una portadora. Bloque IIR-M

Para mantener vivo el sistema GPS y cubrir a los satélites más viejos que quedaron inoperativos, de ahí el nombre del Bloque IIR, siendo la R por "replenishment" (reabastecimiento). Entre 2005 y 2009 se lanzaron 8 satélites nuevos de mayor potencia dando nombre a este conjunto como Bloque IIR-M; COMPASS También conocido como Beidou-2 es un proyecto que lleva a cabo la República Popular China y que tiene como objetivo desarrollar un sistema de navegación por satélite independiente. Doppler Efecto Doppler afecta todo el espectro electromagnético. Cuando la distancia entre la fuente y el receptor de las ondas electromagnéticas se mantiene constante, la frecuencia de la fuente y la frecuencia de las formas de onda recibidas son la misma. Cuando la distancia entre la fuente y el receptor de ondas electromagnéticas aumenta, la frecuencia de las formas de onda recibidas es más baja que la frecuencia de la forma de onda de la fuente de origen. Cuando la distancia disminuye, la frecuencia de la forma de onda recibida será más alta que la frecuencia de la forma de onda del origen. EGNOS Es un Sistema de Aumentación Basado en Satélites desarrollado por la Agencia Espacial Europea (ESA), la Comisión Europea (institución de la Unión Europea) y Eurocontrol. Está ideado como un complemento para las redes GPS y GLONASS para proporcionar una mayor precisión y seguridad en las señales, permitiendo una precisión inferior a dos metros. FI

Se denomina Frecuencia intermedia (FI) a la Frecuencia que emplean el principio superheterodino y se obtiene de la mezcla de la señal sintonizada en una antena con una frecuencia variable generada localmente en el propio dispositivo mediante un oscilador local (OL) y que guarda con ella una diferencia constante. Esta diferencia entre las dos frecuencias es precisamente la frecuencia intermedia. ICAO Es una agencia de la Organización de las Naciones Unidas creada en 1944 por la Convención de Chicago para estudiar los problemas de la aviación civil internacional y promover los reglamentos y normas únicos en la aeronáutica mundial. La dirige un consejo permanente con sede en Montreal (Canadá).

http://es.wikipedia.org/wiki/SBAS

http://es.wikipedia.org/wiki/Agencia_Espacial_Europea

http://es.wikipedia.org/wiki/Comisi%C3%B3n_Europea

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http://es.wikipedia.org/wiki/Eurocontrol

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http://es.wikipedia.org/wiki/GLONASS

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http://es.wikipedia.org/wiki/Superheterodino

http://es.wikipedia.org/wiki/Antena

http://es.wikipedia.org/wiki/Organizaci%C3%B3n_de_las_Naciones_Unidas

http://es.wikipedia.org/wiki/1944

http://es.wikipedia.org/wiki/Convenci%C3%B3n_de_Chicago

http://es.wikipedia.org/wiki/Convenci%C3%B3n_de_Chicago

http://es.wikipedia.org/wiki/Aviaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Montreal

http://es.wikipedia.org/wiki/Canad%C3%A1


135 | Página

IRNSS

Es un sistema regional autónomo del sistema de navegación por satélite desarrollado por la Organización de Investigación Espacial de la India (ISRO) que estaría bajo el control total del gobierno de la India que proporciona dos servicios, con el servicio de Posicionamiento Estándar abierto para uso civil y el Servicio restringido encriptado para usuarios autorizados (militares) Itinerancia Es un concepto utilizado en comunicaciones inalámbricas que está relacionado con la capacidad de un dispositivo para moverse de una zona de cobertura a otra. GALILEO Es un sistema global de navegación por satélite (GNSS) desarrollado por la Unión Europea (UE), con el objeto de evitar la dependencia de los sistemas GPS y GLONASS. Al contrario de estos dos, será de uso civil. Geodésica Se define como la línea de mínima longitud que une dos puntos en una superficie dada, y está contenida en esta superficie y la ciencia de medir el tamaño y forma del planeta Tierra; En el sentido original, fue la ruta más corta entre dos puntos sobre la superficie de la Tierra. GLONAS Es un Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS) desarrollado por la Unión Soviética, siendo hoy administrado por la Federación Rusa y que constituye el homólogo del GPS estadounidense y del futuro Galileo europeo. GNSS Es una constelación de satélites que transmite rangos de señales utilizados para el posicionamiento y localización en cualquier parte del globo terrestre, ya sea en tierra, mar o aire. Basado en satélites artificiales que puede proporcionar a los usuarios información sobre la posición y la hora (cuatro dimensiones) con una gran exactitud, en cualquier parte del mundo, las 24 horas del día y en todas las condiciones climatológicas. GPS El sistema global de navegación por satélite (GNSS) permite determinar en todo el mundo la posición de un objeto, una persona o un vehículo con una precisión hasta de centímetros (si se utiliza GPS diferencial), aunque lo habitual son unos pocos metros de precisión Latencia

Se denomina latencia a la suma de retardos temporales dentro de una red. Un retardo es producido por la demora en la propagación y transmisión de paquetes dentro de la red. Se denominan latencias de una memoria RAM a los diferentes retardos producidos en el acceso a los distintos componentes de esta última. Meridiano cero El meridiano de Greenwich, también conocido como meridiano cero, meridiano base o primer meridiano, es el meridiano a partir del cual se miden las longitudes.

http://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&hl=es&prev=search&rurl=translate.google.com.mx&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Satellite_navigation_system&usg=ALkJrhieiQKSCKLwdJ6ix2BY5wlj_NXIDQ

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http://es.wikipedia.org/wiki/Inal%C3%A1mbrico

http://es.wikipedia.org/wiki/Cobertura_(telecomunicaciones)

http://es.wikipedia.org/wiki/Uni%C3%B3n_Europea



http://es.wikipedia.org/wiki/Tierra


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http://es.wikipedia.org/wiki/Uni%C3%B3n_Sovi%C3%A9tica

http://es.wikipedia.org/wiki/Federaci%C3%B3n_Rusa

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

http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_posicionamiento_de_la_Uni%C3%B3n_Europea_Galileo

http://es.wikipedia.org/wiki/Sat%C3%A9lite_artificial

http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_global_de_navegaci%C3%B3n_por_sat%C3%A9lite

http://es.wikipedia.org/wiki/Posici%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Red_de_computadoras

http://es.wikipedia.org/wiki/Propagaci%C3%B3n_(ondas_de_radio)

http://es.wikipedia.org/wiki/Paquete_de_datos

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Latencias&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Memoria_RAM

http://es.wikipedia.org/wiki/Meridiano

http://es.wikipedia.org/wiki/Longitud_(cartograf%C3%ADa)


136 | Página

NAVSTAR

Serie de 24 satélites estadounidenses de navegación que completan el Sistema de posicionamiento global (Sistema de Posicionamiento Global, GPS) Número pseudo-aleatorio Es un número generado en un proceso que parece producir números al azar, pero no lo hace realmente. Las secuencias de números pseudo-aleatorios no muestran ningún patrón o regularidad aparente desde un punto de vista estadístico, a pesar de haber sido generadas por un algoritmo completamente determinista, en el que las mismas condiciones iniciales producen siempre el mismo resultado. PDA Asistente digital personal, computadora de bolsillo, organizador personal o agenda electronica de bolsillo

Pseudodistancia

La distancia medida entre el receptor GPS y el satélite GPS (no real) usando comparaciones de tiempo sin corregir el código transmitido por satélite y del receptor local referencia. QZSS Es un sistema de corrección de señales de navegación global por satélite o SBAS, propuesto para uso complementario del GPS en Japón. Real-Time Kinematic Navegación cinética satelital en tiempo real, es una técnica usada para la topografía y navegación marina basado en el uso de medidas de fase de navegadores con señales GPS, GLONASS y/o de Galileo, donde una sola estación de referencia proporciona correcciones en tiempo real, obteniendo una exactitud submetrica.

RAIM

Tecnica mediante la cual el receptor/ procesador GPS de a bordo determina la integridad de las señales de navegacion GPS utilizando solamente las propias señales o bien señales mejoradas con datos de altitud barométrica. Esta determinacion se logra a traves de una verificacion de coherente entre medidas de pseudoditancia resundante.Al menos se requiere considerar un satelite adicionalemte respecto a aquellos que se necesitan para obtener la solucion de navegacion. RINEX Se trata de un formato de ficheros de texto orientado a almacenar, de manera estandarizada, medidas proporcionadas por receptores de sistemas de navegación por satélite, como GPS, GLONASS, EGNOS, WAAS o Galileo. SBAS Sistema de corrección de las señales que los Sistemas Globales de Navegación por Satélite (GNSS) transmiten al receptor GPS del usuario.

http://es.wikipedia.org/wiki/Sat%C3%A9lite_artificial


http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero

http://es.wikipedia.org/wiki/Azar

http://es.wikipedia.org/wiki/Estad%C3%ADstica

http://es.wikipedia.org/wiki/Algoritmo


http://es.wikipedia.org/wiki/Topograf%C3%ADa





http://es.wikipedia.org/wiki/EGNOS

http://es.wikipedia.org/wiki/WAAS

http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_posicionamiento_europeo_Galileo

http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Global_de_Navegaci%C3%B3n_por_Sat%C3%A9lite



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S/A Una política adoptada por el Departamento de Defensa Departamento de Defensa en 1990 a introducir intencional, variando el ruido de reloj en las señales de los satélites GPS, degradando con ello su exactitud para los usuarios civiles. S / A era desactivado en 2000 por la Decisión Directiva Presidencial. Tiempo Atómico Internacional Es un estándar atómico de alta precisión para medir el tiempo propio de un cuerpo geoide con un reloj atómico. Trilateración

Es un método matemático para determinar las posiciones relativas de objetos usando la geometría de triángulos de forma análoga a la triangulación. WAAS Sistema de Aumentación Basado en Satélites desarrollado por Estados Unidos, a través de la colaboración de Federal Aviation Administration (FAA) y el Department of Transportation (DOT). Consiste en complementar el sistema de satélites GPS con estaciones terrestres que permiten corregir la precisión y la confianza en las coordenadas de posición adquiridas (no implica necesariamente mejor ubicación en el mapa). WGS84 El WGS84 es un sistema de coordenadas geográficas mundial que permite localizar cualquier punto de la Tierra (sin necesitar otro de referencia) por medio de tres unidades dadas.

http://es.wikipedia.org/wiki/Tiempo_propio

http://es.wikipedia.org/wiki/Geoide

http://es.wikipedia.org/wiki/Reloj_at%C3%B3mico

http://es.wikipedia.org/wiki/Matem%C3%A1tica

http://es.wikipedia.org/wiki/Geometr%C3%ADa

http://es.wikipedia.org/wiki/Tri%C3%A1ngulo

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http://es.wikipedia.org/wiki/Estados_Unidos


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REFERENCIAS


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REFERENCIAS

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