Presentación GPS POR RUNCO SA.ppt

Qué es GPS?Como funciona el sistema GPS?Métodos de Posicionamiento y

AplicacionesSistemas de Referencia y

Coordenadas

Qué es GPS?Como funciona el sistema GPS?Métodos de Posicionamiento y

AplicacionesSistemas de Referencia y

Coordenadas

Sistema de Posicionamiento Global

Posición precisa en 3D

Opera en cualquier clima

Ilimitado número de usuarios

No necesita líneade visado

Posicionamiento dinámico

Gratis

Disponible las24 horas

Cobertura Mundial

Qué es GPS?Qué es GPS?

COMPONENTES DEL SISTEMA:

• Segmento de Control

• Segmento Espacial

• Segmento Usuarios

COMPONENTES DEL SISTEMA:

• Segmento de Control

• Segmento Espacial

• Segmento Usuarios

Segmento de ControlSegmento de Control

Segmento EspacialSegmento Espacial

Segmento UsuariosSegmento Usuarios


Qué es GPS? Qué es GPS?

SEGMENTO DE CONTROL

5 Estaciones alrededor del mundo controladas por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos

Todas desarrollan funciones de MonitoreoReciben señales de los SatélitesRegistran Datos MeteorológicosTransmiten Datos a Estación Maestra de

Control


SEGMENTO DE CONTROL

• Estación Maestra de Control• Transmite a los satélites:

• Parámetros de predicción de Orbitas

• Correcciones en los relojes de los satélites (atómicos)

• Modelos de la Ionósfera

• Comandos a los satélites


SEGMENTO ESPACIAL

• Constelación de 28 Satélites NavStar:• 6 planos orbitales inclinados a 57° (refer. Ecuador)• de 4 a 5 Satélites por cada plano

• Orbitas muy elevadas:• 20,200 km apróx. desde la superficie terrestre• Período orbital de 12hs


SEGMENTO ESPACIALSEGMENTO ESPACIAL

Global Positioning System

Su posición es:37o 23.323’ N

122o 02.162’ W


Cada satélite emite una señal conteniendo 2 frecuencias en banda “L”, 3 códigos modulados y un mensaje de datos.

Cada satélite emite una señal conteniendo 2 frecuencias en banda “L”, 3 códigos modulados y un mensaje de datos.

Señales de radio


Frecuencias:• L1 (1575.42 Mhz)• L2 (1227.6 Mhz)

Códigos:• C/A (código GPS standard)• P1 (código protegido o preciso) • P2 (código protegido o preciso)

Mensaje:• Efemérides• Almanaque• Corrección de reloj• Identificación y condición del PRN

Frecuencias:• L1 (1575.42 Mhz)• L2 (1227.6 Mhz)

Códigos:• C/A (código GPS standard)• P1 (código protegido o preciso) • P2 (código protegido o preciso)

Mensaje:• Efemérides• Almanaque• Corrección de reloj• Identificación y condición del PRN


SEGMENTO USUARIOS

Receptores GPS Civiles

Militares localizados en

tierra, mar ó aire.

La utilización en

aplicaciones civiles

es cada día más extensa

y con mayores precisiones.

SEGMENTO USUARIOS

Receptores GPS Civiles

Militares localizados en

tierra, mar ó aire.

La utilización en

aplicaciones civiles

es cada día más extensa

y con mayores precisiones.

PREGUNTAS

??PREGUNTAS

??

Como funciona GPS?Como funciona GPS?

6

43

El sistema se basa en la medición de distancias a cada uno de los Satélites1

2

Una vez medida las distancias, es necesario saber la posición de los Satélites (Efemérides)

5Métodos de Posicionamiento

Las mediciones poseen ErroresPara medir las distancias

se emplean los códigos(C/A, P) y las fases (L1, L2)

Estos datos son utilizados paracalcular Coordenadas por mediode la TRILATERACION

DistanciasDistancias 1

D

D = Distancia Satélite-Receptor

Métodos para cálcular “D”Métodos para cálcular “D”Existen dos formas de calcular la

distancia a un Sv:

Proceso del código C/A

Proceso de la fase de L1

Existen dos formas de calcular la

distancia a un Sv:

Proceso del código C/A

Proceso de la fase de L1

2

Proceso de código C/AProceso de código C/A 2

D

D = c . t

c = Velocidad de la Luz

t = Tiempo recorrido por la señal (Sv- Receptor)

Proceso de código C/AProceso de código C/A

se mide el desfasaje de ambas señales determinándose el t

código Recep.

código Sv´s

t

Cómo sabemos cuando la señal deja el Satélite?

Los satélites y los receptores trabajan con un mismo código (C/A)Generan el mismo pulso al mismo tiempoEl receptor compara la diferencia de tiempo que existe entre la señal generada por él mismo con la recibida del Satélite determinando un t (desfasaje).

2

Proceso de fase L1Proceso de fase L1N

el receptor interpreta directamente el delta

de señal recibida El proceso consiste en determinar el conteo del número entero “N” de ciclos de la señal.Las longitudes de onda son datos conocidos:

L1 = 19cm

D = ( N

2

Conociendo dónde están los satélites (Efemérides)

Conociendo dónde están los satélites (Efemérides)

Estación de Referencia en un punto conocido

Estaciones de Monitoreo• Diego Garcia• Isla Ascension • Kwajalein • Hawaii

Correcciones transmitidas al usuario

Orbitas•Orbitas muy estables •Sin resistencia atmosférica •Supervivencia •Cobertura mundial

3

Las efemérides nos permiten conocer las coordenadas de los Satélites y su variación en función del tiempo (Información de Navegación).

Las efemérides nos permiten conocer las coordenadas de los Satélites y su variación en función del tiempo (Información de Navegación).

X1, Y1, Z1

X2, Y2, Z2X3, Y3, Z3

X4, Y4, Z4

Son datos fundamentalespara la Trilateración de la posición del receptor

3Conociendo dónde están los satélites (Efemérides)

TrilateraciónTrilateración

Una medida nos da la posición sobre la superficie de una esfera

Una medida nos da la posición sobre la superficie de una esfera

Todos los puntos Todos los puntos de esta esfera de esta esfera cumplen con la cumplen con la condición de estar condición de estar a una distancia de a una distancia de 19.900km del 19.900km del satélitesatélite

19.900km

4


Una segunda medida nos localiza en la intersección de dos esferas.

Una segunda medida nos localiza en la intersección de dos esferas.

20.300Km

19.900Km

La La intersección intersección de dos esferas de dos esferas es una es una circunferenciacircunferencia

4


Una tercera medida nos acerca a dos respuestas posibles

Una tercera medida nos acerca a dos respuestas posibles

20.300Km

19.900KmLa La intersección intersección de tres esferas de tres esferas genera dos genera dos puntospuntos

20.500Km

4


En teoría tres Satélites serían suficientes ya que:

Uno de estos puntos es una respuesta ridícula Por no ubicarse sobre la Superficie Terrestre. O se desplaza a gran velocidad.

En la Práctica: “Una medida adicional a un cuarto

satélite es necesaria” Para cancelar los errores en los relojes de los receptores.

Obtener 3D (Altura Elipsoidal).

En teoría tres Satélites serían suficientes ya que:

Uno de estos puntos es una respuesta ridícula Por no ubicarse sobre la Superficie Terrestre. O se desplaza a gran velocidad.

En la Práctica: “Una medida adicional a un cuarto

satélite es necesaria” Para cancelar los errores en los relojes de los receptores.

Obtener 3D (Altura Elipsoidal).

4

Se necesitan relojes muy precisosSe necesitan relojes muy precisos

Es necesario utilizar relojes precisos para medir el tiempo de viaje de la señal

Los Satélites tienen 4 relojes atómicos cada uno.

Los receptores poseen 1 reloj de cuarzo (menos precisos)

Adicionando un cuarto Satélite se eliminan los errores en los relojes de los receptores.

Es necesario utilizar relojes precisos para medir el tiempo de viaje de la señal

Los Satélites tienen 4 relojes atómicos cada uno.

Los receptores poseen 1 reloj de cuarzo (menos precisos)

Adicionando un cuarto Satélite se eliminan los errores en los relojes de los receptores.

4

Relojes precisosRelojes precisos

Situación ideal: (en 2D para simplificar el dibujo)

Situación ideal: (en 2D para simplificar el dibujo)

4

Aquí es donde estamos Aquí es donde estamos realmenterealmente

2 seg 4 seg


La tercera medición, si es La tercera medición, si es correcta,debería intersectar correcta,debería intersectar en el mismo punto.en el mismo punto.

2 seg

4

4 seg

3 seg

Agregando una medida extra (3 para 2D)


Con error en los relojes (situación real)Con error en los relojes (situación real)

4

Posición desfasada a causa que el reloj Posición desfasada a causa que el reloj está atrasadoestá atrasado1seg1seg

3 seg. Medida 3 seg. Medida incorrectaincorrecta



Tercera medida con relojes atrasadosTercera medida con relojes atrasados

4

4 seg4 seg

No se intersectan en un puntoNo se intersectan en un punto



PREGUNTAS

??PREGUNTAS

??

Precisión ?Precisión ?

La precisión depende de varios factores:

Tipo de Receptores GPSCondiciones de cielo abiertoErrores del sistema GPSPosición relativa de los satélites

(DOP)Método de Medición

La precisión depende de varios factores:

Tipo de Receptores GPSCondiciones de cielo abiertoErrores del sistema GPSPosición relativa de los satélites

(DOP)Método de Medición

5

Fuentes de error en GPS

• Retardos por atmósfera

• Obstrucciones

• Multicamino (multipath)

• Errores del usuario

Retardos por AtmósferaRetardos por Atmósfera

La ionosfera tiene muy baja densidad, pero es ionizada por la energía solar y rayos cósmicos.

La estratosfera es un poco mas densa. Muy poca o ninguna ionización

La troposfera es muy densa. Contiene 90% de las moléculas de la atmósfera. Allí es donde ocurren los fenómenos climáticos.

Ionosfera: 60 - 1000 km

Estratosfera: 10 - 60 km

Troposfera: 0 - 10 km

Retardos por atmósfera

tropo

iono

Retardos por atmósfera

• La Señal GPS son retrasadas en su paso por la atmósfera

Ionosfera

< 10 km> 10 km

Troposfera

Base

Móvil

Obstrucciones

Máscara de Elevación

13° grados sobre el Horizonte

Atmósfera

Multicamino (Multipath)

Error del UsuarioError del Usuario

• Sentido común

• Proyecciones y manejo de coordenadas

• Sentido común

• Proyecciones y manejo de coordenadas

Fuentes de errorFuentes de error

MetrosMetros

Disponibilidad Selectiva(SA)

Atmósfera

Receptores

Efemérides

Relojes

00 2020 4040 6060 8080 100100

5

Dilución de la Precisión (DOP)Dilución de la Precisión (DOP)La dilución de la precisión es un factor

“magnificador de errores”La dilución de la precisión es un factor

“magnificador de errores”Como todo método de medición, GPS Como todo método de medición, GPS posee errores que producen una posee errores que producen una “incertidumbre” en el resultado “incertidumbre” en el resultado

Incertidumbre

5

Error de distancia

Error de distancia

Dilución de la Precisión (DOP)Dilución de la Precisión (DOP)

5Esta incertidumbre empeora en función de la geometría de los Sv´s

Dilución de la Precisión (DOP)Dilución de la Precisión (DOP)

Indica la calidad de la medidaPuede ser expresado en

difererentes dimensionesExisten 3 factores DOP

HDOP (horizontal)VDOP (vertical)PDOP (3D - función de los anteriores)

PDOP2=HDOP2+VDOP2

Indica la calidad de la medidaPuede ser expresado en

difererentes dimensionesExisten 3 factores DOP

HDOP (horizontal)VDOP (vertical)PDOP (3D - función de los anteriores)

PDOP2=HDOP2+VDOP2

5

Métodos de Posicionamiento Métodos de Posicionamiento

El Dpto. de Defensa de USA (DoD) puede degradar la señal GPS

Cuando ellos lo hacen, ésta es la mayor fuente de error del sistema

Las Correcciones Diferenciales eliminan estos erroresPost-procesoRTCM-Tiempo real

El Dpto. de Defensa de USA (DoD) puede degradar la señal GPS

Cuando ellos lo hacen, ésta es la mayor fuente de error del sistema

Las Correcciones Diferenciales eliminan estos erroresPost-procesoRTCM-Tiempo real

6

Métodos de mediciónMétodos de medición

Autónomo o Absoluto Solo es utilizado un receptor GPS para determinar

coordenadas de un punto y/o navegar

Diferencial o Relativo Usado para cancelar los errores del sistema y la

“Disponibilidad Selectiva” (SA) cuando se encuentra activada 2 o más receptores midiendo simultáneamente son utilizados

para corregir estos errores propios del sistema Puede realizarse Post-Proceso y/o Tiempo Real

Autónomo o Absoluto Solo es utilizado un receptor GPS para determinar

coordenadas de un punto y/o navegar

Diferencial o Relativo Usado para cancelar los errores del sistema y la

“Disponibilidad Selectiva” (SA) cuando se encuentra activada 2 o más receptores midiendo simultáneamente son utilizados

para corregir estos errores propios del sistema Puede realizarse Post-Proceso y/o Tiempo Real

6

Posicionamiento Diferencial (Relativo)Posicionamiento Diferencial (Relativo) 2 o más receptores GPS Seguimiento de los mismos Sv´s Medición “simultánea” Medición “sincronizada” Punto de coordenadas conocidas (Pos.

de Referencia) Distancia menor a 500 Km

Si se cumplen estas condiciones:

2 o más receptores GPS Seguimiento de los mismos Sv´s Medición “simultánea” Medición “sincronizada” Punto de coordenadas conocidas (Pos.

de Referencia) Distancia menor a 500 Km

Si se cumplen estas condiciones:

6

Corrección Diferencial

Base

Satélites Observados

1 2 3 4 5 6

x

x

x

x x x

x

x 11:00.00

11:00.05

11:00.10

Móvil

Satélites Usados1 2 3 4

x

x

x

x xx

x

x 11:00.00

11:00.05

11:00.10

11:00.1511:00.15

Postp

Base Móvil f(t)

6

Preguntas

??Preguntas

??

Corrección Diferencial - Postproceso

Datos se procesanen la oficina

.

Estación de referencia enposición conocida

Usted en una posicióndesconocida

Corrección diferencial –Tiempo Real

.

Estación de referencia enposición conocida

Usted en una posicióndesconocida

Se transmiten correcciones por Enlace Radial

Posicionamiento estándar - Autonómo

~12m

DGPS- Receptores para mapeo (Código)

<0.5m ó 1-3 m

Base Station

DGPS- Receptores para mapeo (Fase)

Desde <10cmBase Station Hasta <1 o 2m

Depende del Bloque de Datos

Cinemático Tiempo Real

<1cm

RTK Base Station

Topografía / Geodesia

<1/2 cm

Base Station

Qué presición necesita?

2m

0.5m12m

1/2cm

1cm

Corrección DiferencialCorrección Diferencial

Ajuste de datos diferenciales

Post- Proceso Tiempo Real

Código:<3m<1m

Fase:<50cm<10cm<1cm<5mm

Código:(RTCM)(DGPS)<1m

Fase:(RTK)<1cm

Las precisiones dependen del instrumental y los métodos utilizados

PREGUNTAS

??PREGUNTAS

??

Sistemas de Referencia y Coordenadas


Es muy importante diferenciar tres elementos

Superficie TopográficaGeoideElipsiode

Es muy importante diferenciar tres elementos

Superficie TopográficaGeoideElipsiode



Superficie TopográficaGeoideElipsoide

Superficie TopográficaGeoideElipsoide

Geoide, Separación del Elipsoide y Modelos Geoidales

Geoide, Separación del Elipsoide y Modelos Geoidales

El geoide es una superficie no uniforme

El modelo Geoidal brinda valores N en un área determinada

En pendientes planas la separación geoidal N es similar

El geoide es una superficie no uniforme

El modelo Geoidal brinda valores N en un área determinada

En pendientes planas la separación geoidal N es similar

TerrenoTerreno

GeoideGeoide

ElipsoideElipsoide

h h : Altura GPS

H H : Altura Ortométrica

N N : Separación Geoide-Elipsoide

P

h

H

N

N = h - H

Transformación de Datum

Transformación de Datum

Los elipsoides se utilizan para producir el mejor acomodamiento en áreas específicas sobre la tierra

El Datum es un elipsoide de referencia fijo. (Campo Inchauspe 69)

Las transformaciones de Datum describen la localización relativa entre ellos.

Los elipsoides se utilizan para producir el mejor acomodamiento en áreas específicas sobre la tierra

El Datum es un elipsoide de referencia fijo. (Campo Inchauspe 69)

Las transformaciones de Datum describen la localización relativa entre ellos.

Elipsiode WGS-84

Elipsiode Internacional(Datum Campo Inchauspe)

ProyeccionesProyecciones

Conversión de una superficie curva a un plano

Existen diferentes métodos que usan diferentes artificios (Plano, Cilindro, Cono)

Proyecciones longitudinales, transversas, oblicuas

Conversión de una superficie curva a un plano

Existen diferentes métodos que usan diferentes artificios (Plano, Cilindro, Cono)

Proyecciones longitudinales, transversas, oblicuas

Proyección Gaüss Kruger

Proyección Gaüss Kruger

Proyección Cilíndrica Transversa (UTM)Proyección ConformeTangente a Meridianos (MCF)Origen en el Polo Sur (90° S)7 cilindros de Proyección (Fajas)Ancho de Faja de 3°Coordenadas X, Y planas

Proyección Cilíndrica Transversa (UTM)Proyección ConformeTangente a Meridianos (MCF)Origen en el Polo Sur (90° S)7 cilindros de Proyección (Fajas)Ancho de Faja de 3°Coordenadas X, Y planas

Proyección Gauss Kruger

Proyección Gauss Kruger

3° ancho de Faja

X

Y

X= metros desde el Polo Sur

Y=N° Faja + metros desde MCF

P

MCF

MCF=Meridiano Central de Faja

Transformación y ProyecciónTransformación y Proyección

Elipsoide Elipsoide GPSGPSWGS-84: Latitud, WGS-84: Latitud, Longitud, y Longitud, y Altura ElipsoidalAltura Elipsoidal

Transformación Transformación de Datum de Datum

Elipsoide Elipsoide LocalLocalLat. Local , Lat. Local , Longitude, y Longitude, y Altura ElipsoidalAltura Elipsoidal

ProyeccónProyeccón

Coord. Coord. LocalesLocalesNorte, Este y Norte, Este y altura altura ElipsoidalElipsoidal

TransformaciónTransformaciónPlana Plana

Ajuste de AlturasAjuste de Alturas

Coord. Coord. Locales Locales Norte, Este Norte, Este

AlturaAlturaAltura Altura OrtométricaOrtométrica

El cálculo se puede hacer en cualquier sentido

Preguntas

??Preguntas

??

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