que-esgps-leica

8/7/2019 que-esgps-leica

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2 GPS Basics -1.0.0es

Indice Prefacio .......................................................... 4

1. Qu es el GPS y qu hace? .................... 5

2. Descripcin del Sistema........................... 62.1 El segmento Espacial ............................................ 62.2 El Segmento de Control ......................................... 82.3 El Segmento de Usuarios ...................................... 9

3. Cmo funciona el GPS............................ 103.1 Navegacin Autnoma.......................................... 11

3.1.1 Medicin de la distancia a los satlites .................. 11

3.1.2 Clculo de la distancia al satlite ........................... 133.1.3 Fuentes de Error .................................................... 143.1.4 Por qu son ms precisos los receptores militares?18

3.2 Posicionamiento Diferencial (DGPS) .................... 193.2.1 El Receptor de Referencia ..................................... 203.2.2 El Receptor Mvil ................................................... 203.2.3 Detalles adicionales ............................................... 20

3.3 GPS Diferencial de Fase y Resolucin deAmbigedades .......................................................... 22

3.3.1 Fase Portadora, cdigos C/A y P ........................... 223.3.2 Por qu utilizar la Fase Portadora? ...................... 233.3.3 Diferencias Dobles................................................. 233.3.4 Ambigedades y Resolucin de Ambigedades.... 24

4. Aspectos Geodsicos ............................. 264.1 Introduccin ......................................................... 274.2. Sistema de Coordenadas GPS ........................... 28

4.3 Sistemas de Coordenadas Locales ...................... 294.4 El problema de la Altura ....................................... 304.5 Transformaciones ................................................ 314.6 Proyecciones de Mapas y Coordenadas Planas ... 34

4.6.1 Proyeccin Transversa de Mercator ....................... 354.6.2 Proyeccin de Lambert ......................................... 37

5. Levantamientos con GPS ....................... 385.1 Tcnicas de medicin GPS.................................. 39

5.1.1 Levantamientos Estticos ...................................... 405.1.2 Levantamientos Esttico Rpidos.......................... 425.1.3 Levantamientos Cinemticos ................................. 445.1.4 Levantamientos RTK ............................................. 45

5.2 Preparacin del Levantamiento ............................ 465.3 Consejos durante la operacin ............................. 46

Glosario........................................................ 48

Lecturas recomendadas ............................. 59

ndice alfabtico .......................................... 60


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3GPS Basics -1.0.0es

Prefacio

1. Qu es el GPS y qu hace?2. Descripcin del Sistema

3. Cmo funciona el GPS

4. Aspectos Geodsicos

5. Levantamientos con GPS

Glosario

Lecturas recomendadas

ndice alfabtico

Contenido

Contenido

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4 GPS Basics -1.0.0es Prefacio

Prefacio Por qu hemos escrito este libro y aquin est dirigido?Leica fabrica, entre otros productos

hardware y programas para GPS.Este hardware y programas son utilizadospor numerosos profesionistas, para muydiversas aplicaciones. Una caractersticaque tienen en comn casi todos nuestrosusuarios es que no son expertos en elsistema GPS ni en Geodesia. Casi todosellos emplean el GPS como unaherramienta para realizar su trabajo. Por lo

tanto, resulta de gran utilidad contar coninformacin acerca del sistema GPS y dela forma en que opera.

Este libro tiene como finalidad proporcionaral usuario (principiante o potencial) lainformacin bsica del sistema GPS yGeodesia. Cabe aclarar que no pretendeser un manual tcnico de GPS oGeodesia: para tales fines, existe toda unabibliografa disponible, parte de la cual seincluye en las ltimas pginas de este libro.El presente est dividido en dos seccionesprincipales. La primera explica lo que es elsistema GPS y la forma en que trabaja. Enla segunda se explican los fundamentosbsicos de la Geodesia.


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5GPS Basics -1.0.0es Descripcin del Sistema

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1. Qu es el GPS y qu hace? GPS es la abreviatura de NAVSTAR GPS.Este es el acrnimo en Ingls deNAVigationSystem withTime And RangingGlobalPositioningSystem, (que enEspaol significa Sistema dePosicionamiento Global con Sistema deNavegacin por Tiempo y Distancia).

GPS es la solucin para una de lasincgnitas ms antiguas que se haplanteado el hombre: el preguntarse "Enqu lugar de la Tierra me encuentro?"Uno puede pensar que esta es una

pregunta sencilla de responder. Nospodemos ubicar fcilmente observando losobjetos que nos rodean, lo cual nos da una ciertaposicin en relacin a los mismos. Pero,qu sucede cuando no hay objetos anuestro alrededor? Y qu ocurre si nosencontramos en medio del desierto o delocano? Durante muchos siglos, este

problema fue resuelto empleando al Sol ylas estrellas para navegar. Asimismo, entierra, los topgrafos y los exploradoresutilizaban puntos conocidos hacia loscuales hacan referencia para susmediciones o para encontrar su camino.Estos mtodos cumplan su cometidodentro de ciertos lmites, pues el Sol y lasestrellas no pueden ser observadoscuando el cielo est nublado. Adems, anefectuando las mediciones lo ms precisasposibles, la posicin no poda serdeterminada en forma muy exacta.Despus de la Segunda Guerra Mundial,se hizo necesario que el Departamento deDefensa de los Estados Unidos de Norte-amrica encontrara una solucin al problemade determinar una posicin absoluta y exacta.Durante los siguientes 25 aos, se llevaron acabo muy diversos proyectos y experimentoscon este fin, entre los que se cuentan lossistemas Transit, Timation, Loran, Deccaetc. Todos ellos permitan determinarposiciones, pero continuaban siendo muylimitados en precisin y funcionalidad.A principios de los aos 70 se propuso unnuevo proyecto - el GPS. Este conceptoprometa satisfacer todos los requerimientosdel gobierno de los Estados Unidos, princi-palmente el poder determinar (en cualquiermomento y bajo cualquier condicinatmosfrica), una posicin precisa encualquier punto de la superficie terrestre.

El GPS es un sistema basado en satlitesartificiales, dispuestos en un constelacinde 24 de ellos, para brindar al usuario unaposicin precisa. En este punto esimportante definir el trmino "precisin".Para un excursionista o un soldado que seencuentre en el desierto, la precisinsignifica ms o menos 15 m. Para un barcoen aguas costeras, la precisin significa5m. Para un topgrafo, la precisinsignifica 1cm o menos. El GPS se puedeemplear para obtener todos estos rangosde precisin, la diferencia radicar en eltipo de receptor a emplear y en la tcnicaaplicada.

El GPS fue diseado originalmente paraemplearse con fines militares, en cualquiermomento y sobre cualquier punto de lasuperficie terrestre. Poco tiempo despusde presentarse las propuestas originalesde este sistema, resultaba claro que elGPS tambin poda ser utilizado enaplicaciones civiles y no nicamente paraobtener el posicionamiento personal (comoera previsto para los fines militares). Lasdos primeras aplicaciones principales detipo civil fueron aquellas para navegacin ytopografa. Hoy en da, el rango deaplicaciones va desde la navegacin deautomviles o la administracin de unaflotilla de camiones, hasta laautomatizacin de maquinaria deconstruccin.

Qu es el GPS y qu hace?

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6 GPS Basics -1.0.0es Descripcin del Sistema

2. Descripcin del Sistema El sistema GPS comprende-tressegmentos diferentes:

El segmento Espacial - satlites quegiran en rbitas alrededor de la Tierra.

El segmento de Control - formado porestaciones ubicadas cerca del ecuadorterrestre para controlar a los satlites. El segmento de Usuarios - Cualquieraque reciba y utilice las seales GPS.

2.1 El segmento Espacial El segmento Espacial consiste de 24satlites que giran en rbitas ubicadasaproximadamente a 20,200km cada 12horas. Al momento de escribir este libro,existen 26 satlites operativos que giranalrededor de la Tierra.

Constelacin de satlites GPS

El segmento espacial est diseado de

tal forma que se pueda contar con unmnimo de 4 satlites visibles por encimade un ngulo de elevacin de 15 encualquier punto de la superficie terrestre,durante las 24 horas del da. Para lamayora de las aplicaciones, el nmero

mnimo de satlites visibles deber serde cuatro. La experiencia ha demostradoque la mayor parte del tiempo hay por lomenos 5 satlites visibles por encima delos 15, y muy a menudo hay 6 o 7satlites visibles.

Satlite GPS

Cada satlite GPS lleva a bordo varios

relojes atmicos muy precisos. Estosrelojes operan en una frecuencia defundamental de 10.23MHz, la cual seemplea para generar las sealestransmitidas por el satlite.


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Los satlites transmiten constantementeen dos ondas portadoras. Estas ondasportadoras se encuentran en la banda L(utilizada para transmisiones de radio) yviajan a la Tierra a la velocidad de la luz.Dichas ondas portadoras se derivan dela frecuencia fundamental, generada porun reloj atmico muy preciso La portadora L1 es transmitida a1575.42 MHz (10.23 x 154) La portadora L2 es transmitida a1227.60 MHz (10.23 x 120).

La portadora L1 es modulada por doscdigos. El Cdigo C/A o Cdigo deAdquisicin Gruesa modula a 1.023MHz(10.23/10) y el cdigo P o Cdigo dePrecisin modula a 10.23MHz. L2 esmodulada por un cdigo solamente. Elcdigo P en L2 modula a 10.23 MHz.

Los receptores GPS utilizan losdiferentes cdigos para distinguir los

satlites. Los cdigos tambin puedenser empleados como base para realizarlas mediciones de seudodistancia y apartir de ah, calcular una posicin.

Estructura de la seal GPS

Frecuencia Fundamental

10.23 Mhz

L11575.42 Mhz

Cdigo C/A1.023 Mhz

Cdigo P 10.23 Mhz

L2 1227.60 Mhz

Cdigo P 10.32 Mhz

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2.2 El Segmento de Control El segmento de control consiste de unaestacin de control maestro, 5estaciones de observacin y 4 antenasde tierra distribuidas entre 5 puntos muycercanos al ecuador terrestre.El segmento de Control rastrea lossatlites GPS, actualiza su posicinorbital y calibra y sincroniza sus relojes.

Otra funcin importante consiste endeterminar la rbita de cada satlite ypredecir su trayectoria para lassiguientes 24 horas. Esta informacin escargada a cada satlite y posteriormentetransmitida desde all. Esto permite alreceptor GPS conocer la ubicacin decada satlite.

Las seales de los satlites son ledasdesde las estaciones: Ascensin, DiegoGarca y Kwajalein. Estas medicionesson entonces enviadas a la Estacin deControl Maestro en Colorado Springs,donde son procesadas para determinarcualquier error en cada satlite. Lainformacin es enviada posteriormente alas cuatro estaciones de observacinequipadas con antenas de tierra y de allcargada a los satlites.

Hawaii

Colorado Springs

Ascension Diego Garcia

Kwajalein

Localizacin de la estaciones del segmento Control


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2.3 El Segmento de Usuarios El segmento de Usuarios comprende acualquiera que reciba las seales GPScon un receptor, determinando suposicin y/o la hora. Algunasaplicaciones tpicas dentro del segmentoUsuarios son: la navegacin en tierrapara excursionistas, ubicacin devehculos, topografa, navegacinmartima y area, control de maquinaria,etc.


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10 GPS Basics -1.0.0es Cmo funciona el GPS

3. Cmo funciona el GPS Existen diferentes mtodos para obteneruna posicin empleando el GPS. Elmtodo a utilizar depende de la precisinrequerida por el usuario y el tipo dereceptor disponible. En un sentido ampliode la palabra, estas tcnicas pueden serclasificadas bsicamente en tres clases:

Navegacin Autnoma empleando slo un receptor simple. Utilizado porexcursionistas, barcos en alta mar y las fuerzas armadas. La Precisin de laPosicin es mejor que 100m para usuarios civiles y alrededor de 20m parausuarios militares.

Posicionamiento Diferencial Corregido. Ms comnmenteconocido como DGPS, el cual proporciona precisiones delorden de 0.5-5m. Utilizado para navegacin costera,adquisicin de datos para SIG (Sistemas de InformacinGeogrfica GIS), agricultura automatizada, etc.

Posicionamiento Diferencial de Fase. Ofrece una precisinde 0.5-20mm. Utilizado para diversos trabajos de topografa,control de maquinaria, etc.


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11GPS Basics -1.0.0es Cmo funciona el GPS

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3.1 Navegacin Autnoma Esta es la tcnica ms sencilla empleadapor los receptores GPS para proporcionarinstantneamente al usuario, la posiciny altura y/o tiempo. La precisin obtenidaes mejor que 100m (por lo general entre30 y 40m) para usuarios civiles y 5-15mpara usuarios militares. Las diferenciasentre las precisiones civiles y militares esexplicada ms adelante en esta seccin.Los receptores utilizados para este tipo deaplicacin, son por lo general unidadespequeas, porttiles y de bajo costo.

Receptor GPS porttil

3.1.1 Medicin de la distancia a los satlites

Todas las posiciones GPS estn basadas en la medicin de la distancia desde lossatlites hasta el receptor GPS en Tierra. Esta distancia hacia cada satlite puede serdeterminada por el receptor GPS. La idea bsica es la de una interseccin inversa, lacual es utilizada por los topgrafos en su trabajo diario. Si se conoce la distanciahacia tres puntos en relacin a una posicin, entonces se puede determinar laposicin relativa a esos tres puntos. A partir de la distancia hacia un satlite,sabemos que la posicin del receptor debe estar en algn punto sobre la superficiede una esfera imaginaria cuyo origen es el satlite mismo. La posicin del receptor sepodr determinar al intersectar tres esferas imaginarias.

Interseccin de tres esferas imaginarias


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El problema con el GPS es que slo sepueden determinar las seudodistancias yel tiempo al momento que llegan lasseales al receptor.De este modo existen cuatro incgnitas adeterminar: posicin (X, Y, Z) y el tiempoque tarda en viajar la seal. Observandoa cuatro satlites se generan cuatroecuaciones que se cancelan.

Se requieren por lo menos 4 satlites para obtener la posicin y el tiempo en 3 dimensiones


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3.1.2 Clculo de la distancia al satlite

Clculo del Tiempo La seal del satlite es modulada por dos cdigos, el Cdigo C/A y el CdigoP (vase la seccin 2.1). El cdigo C/A est basado en el tiempo marcadopor un reloj atmico de alta precisin. El receptor cuenta tambin con unreloj que se utiliza para generar un cdigo C/A coincidente con el del satlite.De esta forma, el receptor GPS puede "hacer coincidir" o correlacionar elcdigo que recibe del satlite con el generado por el receptor.

El cdigo C/A es un cdigo digital que es 'seudo aleatorio', o que aparentaser aleatorio. En realidad no lo es, sino que se repite mil veces por segundo.

De esta forma es como se calcula el tiempo que tarda en viajar la seal deradio desde el satlite hasta el receptor GPS.

Para calcular la distancia a cada satlite,se utiliza una de las leyes del movimiento

Distancia = Velocidad x Tiempo Por ejemplo, es posible calcular ladistancia que un tren ha viajado si seconoce la velocidad de desplazamiento yel tiempo que ha venido desplazndosea esa velocidad.

El GPS requiere que el receptor calculela distancia del receptor al satlite.

La Velocidad es la velocidad de lasseales de radio. Las seales de radioviajan a la velocidad de la luz, a 290 000Km por segundo (186 000 millas porsegundo).

El tiempo es aquel que le toma a unaseal de radio en viajar desde el satliteal receptor GPS. Esto es un poco difcil

de calcular, ya que se necesita conocerel momento en que la seal de radiosali del satlite y el momento en quelleg al receptor.

Seal delReceptor

Seal delSatlite

Tiempo quetarda la sealen llegar alreceptor


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n

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s f e

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3.1.3 Fuentes de Error

Hasta este momento, hemos asumidoque la posicin obtenida del GPS es muyprecisa y libre de errores, pero existendiferentes fuentes de error que degradanla posicin GPS desde algunos metros,en teora, hasta algunas decenas demetros. Estas fuentes de error son:

1. Retrasos ionosfricos yatmosfricos

2. Errores en el reloj del Satlite ydel Receptor

3. Efecto Multitrayectoria

4. Dilucin de la Precisin5. Disponibilidad Selectiva (S/A)

6. Anti Spoofing (A-S)

1. Retrasos ionosfricos y atmosfricos Al pasar la seal del satlite a travs dela ionosfera, su velocidad puede

disminuir, este efecto es similar a larefraccin producida al atravesar la luzun bloque de vidrio. Estos retrasosatmosfricos pueden introducir un erroren el clculo de la distancia, ya que lavelocidad de la seal se ve afectada. (La

luz slo tiene una velocidad constante enel vaco).La ionosfera no introduce un retrasoconstante en la seal. Existen diversosfactores que influyen en el retrasoproducido por la ionosfera.


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a. Elevacin del satlite. Las sealesde satlites que se encuentran en unngulo de elevacin bajo se vern msafectadas que las seales de satlitesque se encuentran en un ngulo deelevacin mayor. Esto es debido a lamayor distancia que la seal tiene queviajar a travs de la atmsfera.

b. La densidad de la ionosfera estafectada por el Sol. Durante la noche,la influencia ionosfrica es mnima.

Durante el da, el efecto de la ionosferase incrementa y disminuye la velocidadde la seal. La densidad de la ionosferavara con los ciclos solares (actividad delas manchas solares).La actividad de las manchas solares llegaa su mximo cada 11 aos. Al momentode escribir este texto, el siguiente pico

mximo ocurrircerca del ao 2000.

Adems de esto, lasllamaradas solarespueden ocurrir demanera aleatoria, locual tambin tieneun efecto sobre laionosfera.

Los errores debidosa la ionosferapueden sermitigadosempleando uno dedos mtodos:- El primer mtodosupone la toma de

un promedio del efecto de la reduccinde la velocidad de la luz causada por laionosfera. Este factor de correccin

puede ser entonces aplicado a una seriede clculos. Sin embargo, esto dependede un promedio y obviamente estacondicin promedio no ocurre todo eltiempo. Por lo tanto, este mtodo no esla solucin ptima para la Mitigacin delError Ionosfrico.

- El segundo mtodo supone el empleode los receptores de "doble frecuencia".Tales receptores miden las frecuenciasL1 y L2 de la seal GPS. Es sabido quecuando una seal de radio viaja a travsde la ionosfera, sta reduce su velocidad

en una relacin inversamenteproporcional a su frecuencia. Por lotanto, si se comparan los tiempos dearribo de las dos seales, se puedeestimar el retraso con precisin. Nteseque esto es posible nicamente conreceptores GPS de doble frecuencia. Lamayora de receptores fabricados para lanavegacin son de una frecuencia.

c. El Vapor de agua tambin afecta laseal GPS. El vapor de agua contenidoen la atmsfera tambin puede afectarlas seales GPS. Este efecto, el cualpuede resultar en una degradacin de laposicin, puede ser reducido utilizandomodelos atmosfricos.

S a t l i t e c o n n g u l o d e

e l e v a c i n a l t o

S a t l i t e c o n n g u l o d e

e l e v a c i n b a j o

D 1

D 2

I o n o s

f e

r

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2. Errores en los relojes de los satlites y del receptor Aunque los relojes en los satlites son

muy precisos (cerca de 3nanosegundos), algunas vecespresentan una pequea variacin en lavelocidad de marcha y producenpequeos errores, afectando la exactitudde la posicin. El Departamento deDefensa de los Estados Unidos, observapermanentemente los relojes de lossatlites mediante el segmento decontrol (ver la seccin 2.2) y puedecorregir cualquier deriva que puedaencontrar.

3. Errores de Multitrayectoria El error de multitrayectoria sepresenta cuando el receptor est

ubicado cerca de una gran superficiereflectora, tal como un lago o unedificio. La seal del satlite no viajadirectamente a la antena, sino quellega primero al objeto cercano yluego es reflejada a la antena,provocando una medicin falsa.

Este tipo de errores pueden serreducidos utilizando antenas GPSespeciales que incorporan un planode tierra (un disco circular metlicode aproximadamente 50cm dedimetro), el cual evita que lasseales con poca elevacin lleguena la antena.

Para obtener la ms alta exactitud, la solucinpreferida es la antena de bobina anular(choke ring antenna). Una antena de bobinaanular tiene 4 o cinco anillos concntricosalrededor de la antena que atrapan cualquierseal indirecta.

El efecto multitrayectoria afecta nicamente alas mediciones topogrficas de alta precisin.Los receptores de navegacin manuales noutilizan estas tcnicas.

Antena Choke-Ring


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4. Dilucin de la Precisin La Dilucin de la Precisin (DOP) es unamedida de la fortaleza de la geometra

de los satlites y est relacionada con ladistancia entre los estos y su posicin enel cielo. El DOP puede incrementar elefecto del error en la medicin dedistancia a los satlites.Este principio puede ser ilustradomediante los siguientes diagramas:

Satlites con buena distribucin - poca incertidumbre en su posicin

La distancia hacia los satlites se veafectada por los errores en la distanciapreviamente descritos. Cuando lossatlites estn bien distribuidos, laposicin se puede determinar dentro delrea sombreada del diagrama y elmargen de error posible es mnimo.

Cuando los satlites estn muy cercaunos de otros, el rea sombreadaaumenta su tamao, incrementandotambin la incertidumbre en la posicin.

Dependiendo de la dimensin , sepueden calcular diferentes tipos deDilucin de la Precisin.VDOP Dilucin Vertical de la Precisin.Proporciona la degradacin de laexactitud en la direccin vertical.

HDOP Dilucin Horizontal de laPrecisin. Proporciona la degradacin dela exactitud en la direccin horizontal.

PDOP Dilucin de la Precisin enPosicin. Proporciona la degradacin dela exactitud en posicin 3D.GDOP Dilucin de la PrecisinGeomtrica. Proporciona la degradacin dela exactitud en posicin 3D y en tiempo.

El valor DOP ms til a conocer es elGDOP, ya que es una combinacin detodos los factores. Sin embargo, algunosreceptores calculan el PDOP o HDOP,valores que no toman en consideracinal componente de tiempo.

La mejor manera de minimizar el efectodel GDOP es observar tantos satlitescomo sean posibles. Recuerde, sinembargo, que las seales de satlitescon poca elevacin generalmente tienenuna gran influencia de las fuentes deerror.

Como regla general, cuando se utilice elGPS para topografa, lo mejor esobservar satlites con un ngulo deelevacin de 15 sobre el horizonte. Lasposiciones ms precisas serncalculadas por lo general cuando elGDOP tiene un valor bajo, usualmentemenor que 8.

Satlites con mala distribucin - alta incertidumbre en su posicin


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5. Disponibilidad Selectiva (S/A) La Disponibilidad Selectiva es unproceso aplicado por el Departamento deDefensa de los Estados Unidos a laseal GPS. Lo anterior tiene comofinalidad denegar, tanto a usuarios civilescomo a las potencias hostiles, el accesoa toda la precisin que brinda el GPS,sometiendo a los relojes del satlite a unproceso conocido como "dithering"(dispersin), el cual altera el tiempoligeramente. Adems, las efemrides (ola trayectoria que el satlite seguir), son

transmitidas ligeramente alteradasrespecto a las verdaderas. El resultadofinal es una degradacin en la precisinde la posicin.

Vale la pena hacer notar que el S/Aafecta a los usuarios civiles que utilizanun solo receptor GPS para obtener unaposicin autnoma. Los usuarios desistemas diferenciales no se ven

afectados de manera significativa poreste efecto.

Actualmente, est planeado desactivar elefecto S/A a ms tardar en el ao 2006.

6. Anti-Spoofing (A-S) El efecto Anti-Spoofing es similar al efectoS/A, ya que ha sido concebido con la ideade no permitir que los usuarios civiles y lasfuerzas hostiles tengan acceso al cdigo Pde la seal GPS, obligndolos a emplearel cdigo C/A, al cual se aplica el efectoS/A. El efecto Anti-spoofing encripta elcdigo P en una seal conocida comocdigo Y. Slo los usuarios conreceptores GPS militares (EEUU y susaliados) pueden descifrar el cdigo Y.

3.1.4 Por qu son ms precisos los receptores militares? Los receptores militares son ms precisosporque no utilizan el cdigo C/A paracalcular el tiempo que tarda en llegar laseal desde el satlite al receptor GPS.nicamente emplean el cdigo P.El cdigo P modula a la portadora conuna frecuencia de 10.23 Hz., mientrasque el cdigo C/A lo hace a 1.023 Hz.Las distancias se pueden calcular conmayor precisin empleando el cdigo P,ya que este se transmite 10 veces mspor segundo que el cdigo C/A.Sin embargo, como se describi en laseccin anterior, muy a menudo elcdigo P se ve afectado por el Anti-Spoofing (A/S). Esto significa que,nicamente las fuerzas militares(equipadas con receptores GPSespeciales), pueden descifrar el cdigo Pencriptado, tambin conocido comocdigo Y.

Por todas estas razones, los usuarios dereceptores GPS militares generalmenteobtendrn precisiones del orden de 5metros, mientras que los usuarios deequipos GPS civiles equivalentesnicamente alcanzarn precisiones de15 a 100 metros.Receptor GPS militar porttil

(cortesa de Rockwell)


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3.2 Posicionamiento Diferencial (DGPS) Muchos de los errores que afectan lamedicin de distancia a los satlites,pueden ser completamente eliminados oreducidos significativamente utilizando

tcnicas de medicin diferenciales.La tcnica DGPS permite a los usuariosciviles incrementar la precisin de laposicin de 100m a 2-3m o menos,hacindolo ms til para muchasaplicaciones civiles.

Estacin de referencia DGPS transmitiendo a los usuarios


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3.2.1 El Receptor de Referencia

La antena del receptor de referencia esmontada en un punto medidopreviamente con coordenadasconocidas. Al receptor que se coloca eneste punto se le conoce como Receptorde Referencia o Estacin Base.

Se enciende el receptor y comienza arastrear satlites. Puede calcular unaposicin autnoma utilizando las tcnicasdescritas en la seccin 3.1.Debido a que el receptor se encuentra enun punto conocido, el receptor de lareferencia puede estimar en forma muyprecisa la distancia a cada uno de lossatlites.

De esta forma, este receptor puedecalcular muy fcilmente cual es ladiferencia entre la posicin calculada y laposicin medida. Estas diferencias sonconocidas como correcciones.

Generalmente, el receptor de la

referencia est conectado a un radioenlace de datos, el cual se utiliza paratransmitir las correcciones.

3.2.2 El Receptor Mvil

El receptor mvil est al otro lado deestas correcciones. El receptor mvilcuenta con un radio enlace de datosconectado para recibir las correccionestransmitidas por el receptor dereferencia.

El receptor mvil tambin calcula lasdistancias hacia los satlites tal como sedescribe en la seccin 3.1. Luego aplicalas correcciones de distancia recibidasde la Referencia. Esto le permite calcularuna posicin mucho ms precisa de loque sera posible si se utilizaran lasdistancias no corregidas.Utilizando esta tcnica, todas las fuentesde error descritas en la seccin 3.1.4 sonminimizadas, de aqu que se obtiene unposicin ms precisa.

Cabe mencionar que mltiplesreceptores mviles pueden recibircorrecciones de una sola Referencia.

3.2.3 Detalles adicionales

En las secciones anteriores se haexplicado la tcnica DGPS en forma muygeneral. Sin embargo, ya en la prcticaresulta un poco ms compleja.

Hay que tener en consideracin el radioenlace. Existen muchos tipos de radioenlaces que pueden transmitir endiferentes rangos de frecuencias ydistancias. El desempeo del radioenlace depender de varios factores,incluyendo:

La frecuencia del radio

La potencia del radio El tipo y la "ganancia" de la antena

de radio La posicin de la antena

Se han establecido redes de receptoresGPS y poderosos transmisores de radio,para transmitir en una frecuencia deseguridad "martima solamente". Estosson conocidos como "radio faros"(Beacon Transmitters). Los usuarios deeste servicio (mayormente barcosnavegando cerca de la costa), solonecesitan adquirir un receptor mvil quepueda recibir la seal del Radio Faro.


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C d i g o C / A

P o r t a d o r a m o d u l a d a

c o n C d i g o P

C d i g o P

3.3 GPS Diferencial de Fase y Resolucin de Ambigedades

El GPS Diferencial de Fase es utilizadoprincipalmente en la topografa y trabajosrelacionados para alcanzar precisiones enposicin del orden de 5-50mm. (0.25-2.5

in.). La tcnica utilizada difiere de todaslas descritas previamente e involucra unintenso anlisis estadstico.

Como tcnica diferencial significa que unmnimo de dos receptores GPS deben sersiempre utilizados en forma simultnea.Esta es una de las similitudes con elmtodo de Correccin Diferencial deCdigo descrita en la seccin 3.2

El receptor de Referencia est siempreubicado en un punto fijo o decoordenadas conocidas. El otro (o losotros) receptores estn libres paramoverse alrededor. Estos son conocidoscomo receptores mviles. Se calcula,entonces, la(s) lnea(s) base entre laReferencia y los mviles.

La tcnica bsica es igual a las descritaspreviamente, - es decir la medicin dedistancias a cuatro satlites y ladeterminacin de la posicin a partir deesas distancias.

La diferencia radica en la forma en que secalculan esas distancias.

3.3.1 Fase Portadora, cdigos C/A y P

En este punto, es importante definir los diversos componentes de la seal GPS.

Fase Portadora. Es la onda sinusoidal de la seal de L1 o L2 creada por el satlite. Laportadora L1 es generada a 1575.42 MHz, la portadora de L2 a 1227.6 MHz.

Cdigo C/A.Es el Cdigo de Adquisicin Gruesa. Modula la portadora L1 a 1.023 MHz.Cdigo P. El cdigo preciso. Modula a las portadoras L1 y L2 a 10.23 MHz.

Consulte el diagrama de la seccin 2.1.

Qu significa modulacin?

Las ondas portadoras estn diseadas para llevar los cdigos binarios C/A y P en unproceso conocido como modulacin. Modulacin significa que los cdigos estnsuperpuestos sobre la onda portadora. Los cdigos son cdigos binarios. Esto significaque slo pueden tener dos valores -1 y +1. Cada vez que el valor cambia, hay uncambio en la fase de la portadora.

Modulacin de la Portadora


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3.3.2 Por qu utilizar la Fase Portadora?

Se utiliza la fase portadora porque estapuede proporcionar una medida hacia elsatlite mucho ms precisa que la que seconsigue utilizando el cdigo C/A o el

cdigo P. La onda portadora de L1 tieneuna longitud de 19.4cm. Si se pudieramedir el nmero de longitudes de onda(completas y fraccionarias) que existenentre el satlite y el receptor, seobtendra una distancia muy precisa alsatlite.

3.3.3 Diferencias Dobles

La gran parte del error en el que seincurre cuando se realiza una medicinautnoma, es producido por lasimperfecciones en los relojes del satlite

y el receptor. Una manera de evitar esteerror es utilizar una tcnica conocidacomo Diferencia Doble.

Si dos receptores GPS realizanmediciones a dos satlites diferentes, lasdiferencias de tiempo entre losreceptores y los satlites se cancelan,

eliminando cualquier fuente de error quepudieran introducir a la ecuacin.

Diferencias Dobles


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3.3.4 Ambigedades y Resolucin de Ambigedades

1.

2.

Una medicindiferencial usandocdigo, permiteobtener una posicinaproximada. Lasolucin precisadebe estar dentrodel crculo.

Los frentes de ondade un satlite al serintersectados con elcrculo, forman unconjunto de lneas.

La solucin precisadebe ser un puntoque est en una deestas lneas.

Continuacin...

Despus de eliminar los errores del relojcon el mtodo de las dobles diferencias,se puede determinar el nmero entero delongitudes de onda ms la fraccin de

longitud de onda entre el satlite y laantena del receptor. El problema radicaen la existencia de muchos "juegos"posibles de longitudes de onda enteraspara cada satlite, de aqu que lasolucin sea ambigua. Medianteprocesos estadsticos se puede resolveresta ambigedad y determinar lasolucin ms probable.

La siguiente es, a grandes rasgos, unaexplicacin de cmo funciona el procesode resolucin de ambigedades. Muchosfactores que complican la situacin noson cubiertos en esta explicacin, peroan as, se presentan los principiosbsicos del mismo.


25/63


4

5

6

3.

4.

5.

6.

Cuando se recibenseales de unsegundo satlite, unsegundo juego defrentes de onda olneas de fase escreado. La solucinprecisa ser unpunto deinterseccin entrelos dos juegos delneas.

Aadiendo un tercersatlite, se reduce elnmero deposibilidades, yaque el puntosolucin debepertenecer alconjunto formadopor la interseccinde los tres juegos delneas.

Aadiendo uncuarto satlite, elconjunto deposiblessolucionescontendr unnmero menor deelementos

Al ir cambiando laposicin de laconstelacin desatlites, elconjunto de lassoluciones tiendea girar, revelandola solucin msprobable.


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26 GPS Basics -1.0.0es Aspectos Geodsicos

4. Aspectos Geodsicos Desde que el GPS se convirti en un instrumento, cada vezms popular, para la topografa y la navegacin, los topgrafosy navegantes se ven en la necesidad de comprender losfundamentos de cmo las posiciones GPS estn relacionadas

con los sistemas cartogrficos comunes.Una de las causas ms comunes de errores en loslevantamientos con GPS resulta de una comprensin incorrectade estas relaciones.


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27GPS Basics -1.0.0es Aspectos Geodsicos

4.1 Introduccin La determinacin de una posicin conGPS consigue un objetivo fundamentalde la Geodesia: la determinacinabsoluta de una posicin con precisin

uniforme en todos los puntos sobre lasuperficie de La Tierra. Utilizando lageodesia clsica y tcnicas topogrficas,la determinacin de la posicin essiempre relativa a los puntos de partidadel levantamiento, la precisin obtenidaes dependiente de la distancia a estepunto. Por lo tanto, el GPS ofreceventajas sobre las tcnicasconvencionales.

La ciencia de la geodesia es fundamentalpara el GPS y, a la inversa, el GPS se haconvertido en la herramienta principal dela geodesia. Esto se hace evidente si

recordamos los objetivos de la Geodesia:1. Establecer y mantener las redes decontrol geodsico tridimensionalesnacionales y globales en tierra, tomandoen cuenta la naturaleza cambiante deestas redes debido al movimiento de lasplacas tectnicas.

2. Medicin y representacin defenmenos geofsicos (movimiento de lospolos, mareas terrestres y movimiento dela corteza).

3. Determinacin del campo gravitacionalde La Tierra, incluyendo las variacionestemporales.

Aunque la mayora de usuarios nuncallevan a cabo las tareas mencionadas, esesencial que los usuarios de equipo GPS

tengan un conocimiento general de lageodesia.


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4.2. Sistema de Coordenadas GPS Aunque la Tierra parezca ser una esferauniforme cuando se la observa desde elespacio, su superficie dista mucho de seruniforme. Debido al hecho de que el GPS

debe proporcionar coordenadas encualquier lugar de la superficie terrestre,este utiliza un sistema de coordenadasgeodsico basado en un elipsoide. Unelipsoide (tambin conocido comoesferoide) es una esfera aplanada oachatada.El elipsoide elegido ser aquel que seajuste ms exactamente a la forma de la

Tierra. Este elipsoide no tiene unasuperficie fsica, sino que es unasuperficie definida matemticamente.

Actualmente existen diversos elipsoideso lo que es lo mismo, diferentesdefiniciones matemticas de la superficiede la Tierra, tal como lo discutiremos

ms adelante. El elipsoide utilizado por elGPS es conocido como WGS84 oSistema Geodsico Mundial 1984 (porsus siglas en ingls World GeodeticSystem 1984).Un punto sobre la superficie de La Tierra(ntese que esta no es la superficie delelipsoide), puede ser definido utilizandosu Latitud, su Longitud y su Altura

Elipsoidal.Un mtodo alternativo para definir laposicin de un punto es utilizando elsistema de Coordenadas Cartesiano,empleando las distancias sobre los ejesX, Y y Z desde el origen o centro delesferoide. Este es el mtodo bsico queemplea el GPS para definir la posicin deun punto en el espacio.

Elipsoide

P

0

X

Y

Z

, Y

, Z

, X

Superficieterrestre

A l t u

r a

L a t i t u d

Longi tud

Definicin del punto P mediante coordenadas Geodsicas y Cartesianas


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4.3 Sistemas de Coordenadas Locales De la misma manera que con lascoordenadas GPS, las coordenadaslocales o lo que es lo mismo lascoordenadas utilizadas en la cartografa

de un pas en particular, estn basadasen un elipsoide local, diseado paracoincidir con el geoide (ver seccin 4.4)del rea. Usualmente, estas coordenadassern proyectadas sobre la superficie deun plano para proporcionar coordenadasde cuadrcula (ver seccin 4.5)Los elipsoides utilizados en la mayorade los sistemas de coordenadas locales

alrededor del mundo fueron definidos porprimera vez hace muchos aos, antes dela aparicin de las tcnicas espaciales.Estos elipsoides tienden a acomodarselo mejor posible al rea de inters, perono podran ser utilizados en otras zonasde la Tierra. De aqu que cada pasdefini un sistema cartogrfico/ marco dereferencia basado en un elipsoide local.

Elipsoide WGS84Superficie terrestre(topogrfica)

Elipsoide Local

Relacin entre los elipsoides y la superficie terrestre

Cuando se utiliza GPS, las coordenadasde las posiciones calculadas estnbasadas en el elipsoide WGS84.Generalmente, las coordenadas

existentes estn en el sistema decoordenadas locales, por lo que lascoordenadas GPS deben sertransformadas a este sistema local.


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PH

Nh

4.4 El problema de la Altura La naturaleza del sistema GPS tambinafecta la medicin de la altura.Todas las alturas medidas con GPSestn dadas en relacin a la superficiedel elipsoide WGS84. Estas sonconocidas como Alturas Elipsoidales.

Las alturas existentes son alturasortomtricas medidas en relacin al nivelmedio del mar.

El nivel medio del mar corresponde auna superficie conocida como geoide. ElGeoide puede ser definido como una

superficie equipotencial, lo que significaque la fuerza de la gravedad es constanteen cualquier punto sobre el geoide.El geoide tiene una forma irregular y nocorresponde a ningn elipsoide. Ladensidad de La Tierra tiene, sinembargo, un efecto sobre el geoide,provocando que ste se eleve en lasregiones ms densas y caiga en las

regiones menos densas.La relacin entre el geoide, el elipsoide yla superficie de la Tierra, se muestra enla siguiente ilustracin.

Debido a que la mayora de los mapas existentes muestran lasalturas ortomtricas (relativas al geoide), la mayora deusuarios de GPS requieren que las alturas sean tambinortomtricas.

Este problema es resuelto mediante el uso de modelosgeoidales para convertir las alturas elipsoidales en alturasortomtricas. En reas relativamente planas, el geoide puedeser considerado como constante. En tales reas, el empleo deciertas tcnicas de transformacin puede crear un modelo dealturas y las alturas geoidales pueden ser interpoladas a partirde los datos existentes.

Sup.topogrficaElipsoideGeoide

h = H+N

dondeh = Altura ElipsoidalH = Altura OrtomtricaN = Ondulacin Geoidal

Relationship between Orthometric and Ellipsoidal height


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4.5 Transformaciones El propsito de estas es el detransformar coordenadas de un sistemaa otro.Se han propuesto diferentes mtodospara llevar a cabo las transformaciones.La eleccin de alguno de ellosdepender de los resultados requeridos.

El procedimiento bsico de campo parala determinacin de los parmetros detransformacin es el mismo,independientemente del mtodo aemplear.

Primero, se debe contar concoordenadas en ambos sistemas decoordenadas (por ejemplo en WGS84 yen el sistema local) para tener por lomenos tres (de preferencia cuatro)puntos comunes. A mayor cantidad depuntos comunes incluidos en latransformacin, se tendr mayoroportunidad de tener redundancia y sepodrn verificar los errores.Se consiguen puntos comunes midiendolos puntos con GPS, donde lascoordenadas y las alturas ortomtricassean conocidas en el sistema local. (Porejemplo, en los puntos de controlexistentes).

De esta forma se pueden calcular losparmetros de transformacin, utilizandoalguno de los mtodos detransformacin.

Es importante notar que latransformacin slo se deber aplicar alos puntos que se encuentren en el readelimitada por los puntos comunes enambos sistemas Los puntos fuera deesta rea no debern ser transformadosutilizando los parmetros calculados,sino que debern formar parte de unanueva rea de transformacin.

Transformaciones aplicadas en un rea de puntos comunes


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Helmert Transformations

La transformacin de 7 parmetros deHelmert ofrece una transformacinmatemticamente correcta. Estatransformacin conserva la precisin delas mediciones GPS y las coordenadaslocales.

La experiencia ha demostrado quecomnmente, los levantamientos conGPS son medidos con un nivel deprecisin mucho ms alto que losantiguos levantamientos efectuados coninstrumentos pticos tradicionales.

En la gran mayora de casos, los puntosmedidos previamente no sern tanprecisos como los puntos medidos conGPS., lo cual puede provocar una faltade homogeneidad en la red.

Al transformar un punto entre diferentessistemas de coordenadas, lo mejor estener en cuenta que lo que cambia es el

origen desde el cual se derivan lascoordenadas y no la superficie sobre lacual se apoyan.

Para transformar una coordenada de unsistema a otro, los orgenes y ejes delelipsoide deben ser conocidos uno con

relacin al otro. Con esta informacin, el desplazamiento en el espacio de X, Y y Zdesde un origen hasta el otro, puede ser determinado, seguido de una rotacinalrededor de los ejes X, Y y Z y cualquier cambio en la escala entre los doselipsoides.

X

S

Y

S

Z

S

X

L

Y

L

Z

L

M

Y

M

Z

M

X

P

T

P

S

P

L

P

S

P

L

T

M

X

, M

Y

, M

Z

ElipsoideLocal

ElipsoideWGS84= Posicin en WGS84

= Posicin en el Sistema Local= Vector resultante del desplazamiento del origen en X, Y y Z= ngulos de rotacin

Transformacin de 7 parmetros de Helmert


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razonablemente constante.Tanto el mtodo de Interpolacin como elde Un Paso deben estar limitados a unrea de ms o menos 15km x 15km (10 x10 millas).Una combinacin de los mtodos detransformacin de Helmert eInterpolacin se puede encontrar en elmtodo "Stepwise ". Este mtodo empleauna transformacin de Helmert 2D paraobtener la posicin y una interpolacinde alturas para obtener las alturas. Estemtodo requiere del conocimiento del

elipsoide local y de la proyeccin.

Otros mtodos de transformacin

Mientras que el mtodo de transformacinde Helmert es matemticamente correcto,no toma en cuenta las irregularidades enel sistema de coordenadas locales, y paraobtener valores precisos de altura, debeconocerse el valor de la ondulacin geoidal.Debido a esto, Leica tambin pone adisposicin en sus equipos y programastoda una serie de mtodos detransformacin.El llamadoMtodo de Interpolacin nose basa en el conocimiento del elipsoidelocal ni de la proyeccin.Las inconsistencias en las coordenadaslocales se tratan estirando o encogiendolas coordenadas GPS para poder encajarde manera homognea en el sistema local.Adems, si se tiene disponible suficienteinformacin altimtrica, se puedeconstruir un modelo de alturas. De estamanera se compensa la falta de

informacin de ondulacin geoidal,siempre y cuando se cuente consuficientes puntos de control.Un mtodo alterno al de Interpolacin esel llamado deUn paso, el cual trabajatambin con las transformaciones de

altura y posicin en forma separada.Para transformar la posicin, lascoordenadas WGS84 se llevan a unaproyeccin Transversa de Mercator

temporal. De esta forma, se calculan losgiros, desplaza-mientos y el factor deescala de la proyeccin "temporal" a laproyeccin verdadera. Latransformacin de la altura es un clculode la misma en una sola dimensin.Este tipo de transformacin se puedeemplear en reas donde no se conoce elelipsoide local ni la proyeccin y dondeadems, el geoide se mantiene

Punto proyectadosobre la superficiedel modelo de altura

Modelo de altura

Superficie Elipsoidal

Altura Ortomtricaen el punto comn

Modelo de altura generado por 4 puntos conocidos


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4.6 Proyecciones de Mapas y Coordenadas Planas La mayora de topgrafos mide y registracoordenadas en un sistema de cuadrculaortogonal. Esto significa que los puntosestn definidos por su coordenada Este,

su coordenada Norte y su alturaortomtrica (altura sobre el nivel delmar). Las proyecciones de mapas lespermiten a los topgrafos representaruna superficie curva tridimensional

sobre una hoja de papel plana.Estas proyecciones se muestran comoplanos, pero realmente definen pasosmatemticos para especificar lasposiciones sobre un elipsoide entrminos de un plano.La forma en que una proyeccin trabajase muestra en el diagrama. Los puntossobre la superficie del esferoide son

proyectados sobre la superficie planadesde el origen del esferoide.El diagrama pone de manifiesto elproblema de la imposibilidad derepresentar dimensiones verdaderas oformas sobre tales planos. Lasdimensiones verdaderas se puedenrepresentar slo donde el plano corta alesferoide (puntos c y g).

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 1 1 0 E

0

1

0

2

0

3

0

4

0

5

0

6

0

7

0

8

0

9

0

1

0

0

1

1

0

N

o

a

b

c

d

e

f

g

h

i

a '

b '

d '

e '

f '

h '

i '

Mapa basado en coordenadas planas Idea bsica de las proyecciones


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4.6.1 Proyeccin Transversa de Mercator

La Proyeccin Transversa de Mercatores una proyeccin conforme. Estosignifica que las mediciones angularesrealizadas sobre la superficie de la

proyeccin son verdaderas.La proyeccin est basada en un cilindroque es ligeramente ms pequeo que elesferoide y despus se desarrolla enforma horizontal. Este mtodo esutilizado por muchos pases y se adaptaespecialmente a pases grandes cercadel ecuador.

La Proyeccin Transversa de Mercatorse define por: Falso Este y Falso Norte. Latitud de Origen

Meridiano Central Factor de Escala sobre el Meridiano

Ancho de Zona

Cilindro Esferoide

Proyeccin Transversa de Mercator


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0

N

E

ElFalso Este y el Falso Norte sedefinen de tal manera que el origen de lacuadrcula de la proyeccin se puedaubicar en la esquina inferior izquierda, tal

como lo establece la convencin general.Con esto se elimina la posibilidad decoordenadas negativas.

La Latitud de Origen define la Latituddel eje del cilindro. Generalmentecorresponde al ecuador (en el hemisferionorte).

El Meridiano Central define la direccindel norte de la cuadrcula y la Longituddel centro de la proyeccin.La escala vara en la direccin este-oeste. Como el cilindro es, por logeneral, ms pequeo que el esferoide,la Escala en el Meridiano Central esdemasiado pequea, siendo correcta enlas elipses de interseccin y muy grandeen los bordes de la proyeccin.

La escala en la direccin norte-sur nocambia. Por esta razn, la ProyeccinTransversa de Mercator es la msadecuada para cartografiar reas que seextienden en direccin norte-sur.

Caractersticas de la Proyeccin Transversa de Mercator

Proyeccin Universal Transversa de Mercator (UTM)

La proyeccin UTM cubre al mundo entre los 80de latitud norte y los 80delatitud sur. Es un tipo de proyeccin transversa de Mercator, donde muchos delos parmetros de definicin se mantienen fijos. La Proyeccin UTM se divideen zonas de 6de longitud con zonas adyacentes que se superponen 30'. Elparmetro que las define es el Meridiano Central o el Nmero de la Zona.(Cuando se define uno, el otro queda implcito)

Ancho de Zona

Meridiano Central

Elipses deInterseccin

ElAncho de Zona define la porcin del esferoide en ladireccin este-oeste sobre la cual se aplica la proyeccin.


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4.6.2 Proyeccin de Lambert

La Proyeccin Lambert tambin es unaproyeccin conforme basada en un conoque intercepta al esferoide. Resulta idealpara pases pequeos, circulares y en

las regiones polares.

0

N

E

Proyeccin Lambert

Cono

Latitud del 1er. ParaleloEstndar Latitud del 2o.ParaleloEstndar

ElFalso Este y el FalsoNorte estn definidos detal manera que el origen dela cuadrcula de proyeccinse ubique en la esquinainferior izquierda, deacuerdo a la convencingeneral. Con esto seelimina la posibilidad decoordenadas negativas.La Latitud de Origendefine la latitud del origende la proyeccin.

ElMeridiano Centraldefine la direccin delnorte de la cuadrcula y laLongitud del centro de la

proyeccin.La Latitud 1er. ParaleloEstndar define la latituden la cual el cono corta porprimera vez al esferoide.Tambin define el lugar

Esferoide

Proyeccin Lambert

La proyeccin de Lambert est definida por: Falso Este y Falso Norte

Latitud de origen

Meridiano Central

donde la influencia de la escala en la direccin norte-sures cero.

La Latitud del 2o. Paralelo Estndar define la segundalatitud en la cual el cono corta la pirmide. La influencia

de la escala en este punto tambin es de cero.La escala es muy pequea entre los dos paralelosestndar y muy grande fuera de ellos, quedando definidapor las latitudes de los paralelos estndar sobre loscuales tiene un valor de cero. La escala en la direccineste-oeste no vara.

A n c

h o

d e

Z o n a

1 / 6 d e

l A n c

h o

d e

Z o n a

2 / 3 d e

l A n c

h o

d e

Z o n a

1 / 6 d e l A n c

h o

d e

Z o n a Paralelo Estndar

MeridianoCentral

ParaleloEstndar


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38 GPS Basics -1.0.0es Levantamientos con GPS

5. Levantamientos con GPS Probablemente para el topgrafo o elingeniero sea an ms importante laprctica o el uso efectivo del GPS que lateora.

Como cualquier herramienta, el GPSser tan bueno como su operador. Unplaneamiento adecuado y una buenapreparacin son los ingredientesesenciales para un trabajo exitoso, ascomo el conocimiento de lasposibilidades y limitaciones del sistema.

Por qu usar GPS?El sistema GPS tiene numerosasventajas sobre los mtodos de topografatradicionales:

1. No se requiere visibilidad entre lospuntos.

2. Puede ser usado en cualquiermomento del da o de la noche y bajo

cualquier condicin climtica.3. Se obtienen resultados con precisingeodsica.4. Se puede completar ms trabajo enmenos tiempo y con menos gente.

Limitaciones

Para poder trabajar con GPS esimportante que la antena GPS tengavisibilidad, sin obstculos, hacia por lomenos cuatro satlites. Algunas veceslas seales de los satlites se venbloqueadas por edificios altos, rboles,etc. Debido a esto, el GPS no puede seutilizado en interiores. Tambin es difcilemplear el GPS en los centros de lasciudades o entre rboles.

Debido a esta limitacin, en algunasaplicaciones topogrficas se puederecomendar el uso de una estacin totalptica o combinar sta con un GPS.

Visibilidad sin obstculos hacia cuatro

satlites

Objetos elevados pueden bloquearla seal del GPS


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39GPS Basics -1.0.0es Levantamientos con GPS

5.1 Tcnicas de medicin GPS Existen diferentes tcnicas de medicinque pueden ser utilizadas por la mayorade receptores topogrficos GPS. Eltopgrafo debe elegir la tcnica

apropiada para cada aplicacin.Esttico - Utilizado para lneas largas,redes geodsicas, estudios de tectnicade placas, etc. Ofrece precisin alta endistancias largas, pero escomparativamente lento.

Esttico Rpido - Usado paraestablecer redes de control locales,incrementar la densidad de redesexistentes, etc. Ofrece alta precisin enlneas base de hasta 20km. y es muchoms rpido que la tcnica esttica.

Cinemtico - Empleado paralevantamientos de detalles y para lamedicin de muchos puntos de sucesincorta. Es una tcnica manera muyeficiente para medir muchos puntos queestn muy cerca uno de otro. Sinembargo, si existen obstrucciones haciael cielo, tales como puentes, rboles,edificios altos, etc., y se rastrean menosde 4 satlites, el equipo deber volversea iniciar, lo cual toma entre 5 y 10minutos.

Una tcnica de proceso conocida comoOn-the-Fly (OTF), minimiza estarestriccin.

RTK- Cinemtico en Tiempo Real (porsus siglas en ingls Real TimeKinematic). Utiliza un radio enlace dedatos para transmitir los datos delsatlite desde la referencia hacia elmvil. Esto permite calcular lascoordenadas y mostrarlas en tiempo real,mientras se lleva a cabo ellevantamiento. Se utiliza paraaplicaciones similares al cinemtico. Una

forma muy efectiva de medir detalles, yaque los resultados son presentadosmientras se lleva a cabo el trabajo. Estatcnica sin embargo necesita de un radioenlace, el cual est propenso a recibirinterferencia de otras fuentes de radioas como al bloqueo de la lnea de vista.


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5.1.1 Levantamientos Estticos

Este fue el primer mtodo en serdesarrollado para levantamientos conGPS. Puede ser utilizado para lamedicin de lneas base largas

(generalmente 20km -16 millas - o ms)Se coloca un receptor en un punto cuyascoordenadas son conocidas conprecisin en el sistema de coordenadasWGS84. Este es conocido como elReceptor de Referencia. El otro receptores colocado en el otro extremo de lalnea base y es conocido como elReceptor Mvil.

Los datos son registrados en ambasestaciones en forma simultnea. Esimportante que los datos seanregistrados con la misma frecuencia encada estacin. El intervalo de registro dedatos puede ser establecido en 15, 30 60 segundos.

Los receptores deben registrar datosdurante un cierto periodo de tiempo. Eltiempo de observacin depender de lalongitud de la lnea, el nmero desatlites observados y la geometra(Dilucin de la Precisin o DOP). Comoregla general, el tiempo de observacin

deber ser por lo menos de una horapara una lnea de 20km. con 5 satlites yun GDOP prevaleciente de 8. Lneasms largas requieren tiempos de

observacin ms largos.Una vez que se ha registrado suficienteinformacin, los receptores se apagan. ElMvil se puede desplazar para medir lasiguiente lnea base y volver a comenzarla medicin.

Es muy importante que existaredundancia en la red que est siendomedida. Esto significa que los puntos sedeben medir por lo menos dos veces,con lo cual se pueden revisar para evitarproblemas que de otra manera, pasarandesapercibidos.

Un gran incremento en la productividadse puede conseguir aadiendo unreceptor Mvil adicional. Se necesita unbuena coordinacin entre las diferentesbrigadas de topografa para aprovecharla disponibilidad de tres receptores. En lasiguiente pgina se muestra un ejemplo.


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1 3 2

5 4

La red ABCDE debe ser medida contres receptores. Se conocen lascoordenadas de A en el sistemaWGS84. Los receptores se colocanen los puntos A, B y C, registrandodatos durante el tiempo necesario.

Despus del tiempo necesario deregistro, los receptores se desplazande E a D y de D a C, formando eltringulo ACD, el cual es medido.

Despus el receptor en A sedesplaza a E y el de C se mueve aB. Ahora se forma el tringulo BDE,el cual tambin se mide.

Por ltimo, el que est en B regresa alpunto C y se mide la lnea EC.

El resultado final ser la medicin de lared ABCDE. Un punto es medido tresveces y cada punto se mide por lo menosdos veces, lo cual proporciona la redun-dancia necesaria. Los errores gruesossern detectados y las medicionesincorrectas sern desechadas.


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5.1.2 Levantamientos Esttico Rpidos

En los levantamientos Esttico Rpidos,se elige un punto de Referencia y uno oms Mviles operan con respecto a l.Tpicamente se utiliza el mtodo EstticoRpido para aumentar la densidad de redesexistentes, para establecer control, etc.

Cuando se inicia el trabajo donde no seha llevado a cabo ningn levantamientocon GPS, la primer tarea es la deobservar un cierto nmero de puntoscuyas coordenadas sean conocidas conprecisin en el sistema de coordenadaslocales.. Esto permitir calcular latransformacin y de all todos los puntosmedidos con GPS pueden serconvertidos con facilidad al sistema local.

Como se discuti en la seccin 4.5, sedeben observar por lo menos 4 puntosen el permetro del rea de inters. Latransformacin calculada ser vlidapara el rea incluida entre esos puntos.El Receptor de Referencia se ubica porlo general sobre un punto conocido ypuede ser incluido en los clculos de losparmetros de transformacin. Si no seconoce ningn punto, puede ser ubicadoen cualquier lugar de la red.

El Receptor (o los Receptores) Mvil(es), sern colocados entonces en cadapunto conocido. El periodo de tiempoque los Mviles debern observar en

cada punto, depende de la longitud de lalnea base desde la Referencia y delGDOP.

Los datos son registrados y luego sonprocesados en la oficina.

Se deben efectuar verificaciones paraasegurarse que no se presentan erroresgruesos en las mediciones. Esto sepuede hacer midiendo los puntosnuevamente en un momento diferentedel da.

Cuando se trabaja con dos o msMviles, es necesario asegurarse quetodos los receptores estn operandosimultneamente sobre cada puntoocupado. Esto permite que los datos decada estacin puedan ser utilizadoscomo Referencia o como Mvil. Esta esla manera ms eficiente de trabajar, perotambin la ms difcil de sincronizar.

Otra manera de conseguir redundanciaes colocando dos estaciones dereferencia y utilizar un mvil para ocuparlos puntos, tal como se muestra en el

ejemplo de la siguiente pgina.


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1 4 5 3 2

1 4 5 3 2

La red de puntos 1,2,3,4,5 debe ser medidadesde la estacin deReferencia R con tres

receptores GPS.

La estacin dereferencia es iniciada.Se coloca un Mvil enel punto 1 y el otro en

el punto 3.

Transcurrido el tiempode registro necesario,un mvil se desplazaal punto 2 y el otro al

punto 4.

Un mvil mide elpunto 5 y el otro mvildeja de ser necesario.

El resultado final serla radiacin aqu mos-trada. Al da siguientepuede repetirse la

medicin para descartarerrores gruesos.En forma alternativa...

Las estaciones deReferencia se colocanen los puntos R y 1. ElMvil ocupa el punto 2.

Transcurrido el tiemponecesario de registro,el Mvil se desplaza alpunto 3.

En forma similar, elMvil pasa al punto4...

...y luego al punto 5. El res. final ser una redcomo la que se muestra,con un diseo redundantepara darle mayor solidez.


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5.1.3 Levantamientos Cinemticos

La tcnica cinemtica se utilizageneralmente para levantamiento dedetalle, registro de trayectorias, etc.,aunque con la implementacin del RTK

su popularidad ha disminuido.La tcnica involucra un Mvil que sedesplaza y cuya posicin puede sercalculada en relacin con la Referencia.

Primero, el Mvil tiene que realizar elprocedimiento conocido como iniciacin.Esto es esencialmente lo mismo que medirun punto con Esttico Rpido y permiteal programa de post-proceso resolverlas ambigedades cuando se regresa ala oficina. La Referencia y el Mvil seactivan y permanecen absolutamenteestticos por 5-20 minutos, registrandodatos. (El tiempo depende de la longitudde la lnea base desde la Referencia ydel nmero de satlites observados).

Despus de este periodo, el Mvil sepuede mover libremente. El usuario

puede registrar posiciones con unintervalo de tiempo predeterminado,puede registrar otras posiciones, o unacombinacin de las dos. Esta parte de lamedicin se conoce comnmente comola cadena cinemtica.

Una advertencia importante cuando seopera en levantamientos cinemticos esque hay que evitar moverse muy cercade objetos que pudieran bloquear lasseales de los satlites del receptorMvil. Si en algn punto el Mvil rastreamenos de 4 satlites, hay que detenerse,desplazarse a una posicin donde seregistren 4 o ms satlites y realizar

nuevamente la iniciacin antes decontinuar.

1 2 3

El mvil se inicia desde lareferencia.

El mvil entonces se puededesplazar. Las posicionespueden ser registradas enintervalos predefinidos...

...y tambin en los puntosdonde el operador lodesee.

Cinemtico OTF (On The Fly)

Es una variable de la tcnicacinemtica, en la cual no es necesariala iniciacin y la iniciacin subsecuentecuando el nmero de satlites observadosdesciende a menos de cuatro.El mtodo Cinemtico OTF es unmtodo de procesamiento que se aplicaa la medicin durante el post-proceso.Al inicio de la medicin el operador

puede comenzar a caminar con elreceptor mvil y registrar datos. Sicamina bajo un rbol y pierde la sealde los satlites, el sistema se volver ainiciar automticamente al momento detener suficiente cobertura de satlites.


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5.1.4 Levantamientos RTK

Cinemtico en Tiempo Real (por sussiglas en ingls Real Time Kinematic). Esun tipo de levantamiento cinemtico alvuelo efectuado en tiempo real.

La Estacin de Referencia tiene un radioenlace conectado y retransmite los datosque recibe de los satlites.El Mvil tambin tiene un radio enlace yrecibe las seal transmitida de laReferencia. Este receptor tambin recibelos datos de los satlites directamentedesde su propia antena. Estos dosconjuntos de datos pueden ser

procesados juntos en el Mvil pararesolver las ambigedades y obtener unaposicin muy precisa en relacin con elReceptor de Referencia.Una vez que el Receptor de Referenciase ha instalado y est transmitiendodatos mediante el radio enlace, se puedeactivar el Receptor Mvil.Cuando est rastreando satlites y

recibiendo datos de la Referencia, puedeempezar con el proceso de inicio. Estoes similar al proceso de inicio realizadoen un levantamiento cinemtico OTF conpost-proceso, la diferencia principal esque el proceso se realiza en tiempo real.

Una vez que se ha completado el inicio,las ambigedades son resueltas y elMvil puede registrar puntos y suscoordenadas. En este punto , las

precisiones de las lneas base sern delorden de 1 - 5cm.

Es importante mantener contacto con elReceptor de Referencia, de otra manerael Mvil puede perder la ambigedad. Siesto sucede la posicin calculada esmucho menos precisa.

Adems, se pueden presentar problemascuando se mide cerca de obstruccionestales como edificios altos, rboles, etc.ya que la seal de los satlites puede serbloqueada.

El RTK se est convirtiendo en el mtodoms comn para realizar levantamientosGPS de alta precisin en reaspequeas y puede ser utilizado enaplicaciones donde se utilizan lasestaciones totales convencionales. Esto

incluye levantamientos de detalles,estaqueo, replanteo, aplicacionesCOGO, etc.

El Radio Enlace

La mayora de los sistemas RTK GPSemplean pequeos radio mdems UHF.Muchos de los usuarios experimentanproblemas con la radio comunicacin delsistema RTK. Por lo tanto, vale la penaconsiderar los siguientes factores al tratarde optimizar el desempeo del radio.1. La potencia del radio transmisor. Entrminos generales, a mayor potenciamayor rendimiento. Sin embargo, lamayora de los pases restringe legalmentela potencia de salida entre 0.5 - 2W.

2. La altura de la antena del transmisor.Las comunicaciones por radio se puedenver afectadas por la falta de lnea devisibilidad. Cuanto ms alto se puedainstalar la antena, menores sern losproblemas por la falta de lnea devisibilidad y aumentar el alcance de lascomunicaciones por radio. El mismoprincipio se aplica para la antena receptora.

Otros factores que afectan el rendimientoincluyen la longitud del cable de antena,ya que cuanto ms largo sea este, sepresentarn ms prdidas. Asimismo, eltipo de antena tambin influye en elalcance.


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5.2 Preparacin del Levantamiento Antes de salir al campo, el topgrafonecesita preparar el trabajo. Lossiguientes aspectos deben serconsiderados:

1. Licencias de Radio2. Bateras cargadas

3. Cables de repuesto4. Comunicacin entre los miembros de

la brigada

5. Coordenadas de la Estacin deReferencia

6. Tarjetas de Memoria, con suficientecapacidad

7. Programa de Observacin. El principalobjetivo debe ser contar con suficienteinformacin para determinar losparmetros de transformacin yobtener redundancia de lasobservaciones.

5.3 Consejos durante la operacin Para levantamientos Estticos y EstticoRpidos, se recomienda completar unahoja de registro por cada punto medido.En la siguiente pgina se muestra un

ejemplo.En los levantamientos Estticos yEsttico Rpidos, es muy importantemedir la altura de la antena de maneracorrecta. Este es uno de los errores mscomunes cuando se llevan a cabolevantamientos GPS. Se recomiendamedir la altura de la antena al inicio y alfinal de una sesin de medicin. En loslevantamientos cinemticos y RTK, laantena se monta en un bastn, el cualtiene altura constante.

Durante los levantamientos estticos yesttico rpidos, la antena GPS debepermanecer totalmente inmvil. Estaprctica se aplica tambin al periodo deinicio Esttico Rpido de loslevantamientos Cinemticos (pero no alos cinemticos OTF ni RTK). Cualquiermovimiento o vibracin de la antenapuede afectar negativamente alresultado.


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Hoja de Registro

Id de Punto

Nm. de serie delSensor

Tipo de Operacin

Tipo de Antena

Lectura de Altura

Hora de Inicio

Hora de Trmino

Nm. de pocas

Nm. de satlites

GDOP

Fecha

Operador

Notas


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48 GPS Basics -1.0.0es Glosario

Glosario AchatamientoRelativo a los Elipsoides.

f = (a-b)/a = 1-(1-e2)1/2donde a ... semi-eje mayor

b ... semi-eje menore ... excentricidad

Acimutngulo horizontal, medido en el sentidode las manecillas del reloj, a partir deuna direccin (como el Norte).

AlmanaqueConjunto de datos crudos de las rbitasde los satlites, empleados paracalcular la posicin, hora de salida,elevacin y acimut de los mismos.

Altura ElipsoidalDistancia vertical de un punto sobre elelipsoide.

Altura GeoidalVase Ondulacin Geoidal

Altura OrtomtricaDistancia de un punto sobre el geoide,medido a lo largo de la vertical del punto(altura sobre el nivel medio del mar).

Vase tambin Elevacin.

AmbigedadNmero entero de ciclos desconocidosde la fase portadora reconstruida,presentes en una serie de medicionescontinuas, de un solo paso de satliteen un mismo receptor.

ngulo Cenitalngulo vertical con un valor de 0sobreel horizonte y 90directamente sobre elusuario.

ngulo de Elevacinngulo de elevacin mnima por debajodel cual el sensor no rastrea ningn

satlite GPS.

Anti-spoofing (A-S)Cdigo P encriptado (para formar elcdigo Y).

Banda LBanda de frecuencia de radio que seextiende desde los 390 Mhz hasta los1550 MHz. Las frecuencias de las fases

portadoras de las bandas L1 y L2,transmitidas por los satlites GPS,quedan dentro de esta banda L.

Cambio DopplerCambio aparente en la frecuencia deuna seal recibida debido al rango decambio del intervalo entre el transmisory el receptor.

Canal CuadrticoCanal receptor GPS que multiplica por smisma la seal recibida para obteneruna segunda armnica de la faseportadora que no contiene el cdigo demodulacin.

Canal ReceptorFrecuencia de radio y hardware digital,as como el programa en un receptorGPS, requeridos para rastrear la sealde un satlite GPS en una de las dosfases portadoras del sistema.


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49GPS Basics -1.0.0es Glosario

ChipIntervalo de tiempo de un cero o de ununo en un cdigo de pulso binario.

Crculo MximoTrmino empleado en navegacin. Es laforma ms corta de conectar dos puntos.

CdigoSistema empleado para comunicacinen el que a ciertas cadenas de ceros yunos, elegidos arbitrariamente, se les

asignan significados definidos.

Cdigo C/AEs el Cdigo de Adquisicin Cruda quese enva en la seal L1 de GPS. Estecdigo es una secuencia demodulaciones seudoaleatoriasbifsicas binarias de 1023 MHZ en labanda de GPS con una modulacin de

1.023 MHz, y presenta un perodo derepeticin de un milisegundo.

Cdigo PCdigo preciso GPS con una secuenciamuy larga (aproximadamente 1014 bit )de modulaciones seudoaleatorias

binarias bifsicas en la fase portadoraGPS en un intervalo de chips de 10.23MHz, que no se repiten a s mismasdurante 267 das. Cada segmentosemanal del cdigo P es nico paracada satlite GPS, y se cambia tambincada semana. El acceso al cdigo P serestringe a usuarios autorizados por elgobierno de los E.U.

Cdigo Seudoaleatorio del Ruido (PRN)Cualquier grupo de secuencias binariasque parecen tener una distribucinaleatoria como el ruido, pero que enrealidad se pueden distribuir de maneraordenada. La propiedad ms importantede los cdigos PRN es que lasecuencia tiene un valor mnimo deautocorrelacin, excepto en un retrasode cero.

Cdigo YVersin encriptada del cdigo P, que setransmite mediante un satlite GPS alactivarse el modo anti-spoofing.

Comparacin del RetrasoTcnica mediante la cual el cdigorecibido (generado por el reloj delsatlite) se compara con el cdigointerno (generado por el reloj delreceptor) y este ltimo se adapta entiempo hasta que se igualen los doscdigos.

Configuracin de los SatlitesEstado o condicin de la constelacinde satlites en un momentodeterminado, con relacin a un usuarioo a un grupo de usuarios.

Constante Gravitacional

Constante de proporcionalidad en la leyde Gravitacin de Newton.G = 6.672 * 10-11m3s-2kg-1


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Constelacin de SatlitesDisposicin en el espacio de todo elgrupo de satlites de un sistema, comoel de GPS.

Coordenadas CartesianasCoordenadas de un punto en el espacio,dadas en tres dimensiones perpendi-culares (x, y, z) a partir del origen.

Coordenadas GeodsicasCoordenadas que definen un punto enrelacin a un elipsoide. Las coordenadasgeodsicas pueden emplear valores delatitud, longitud y altura elipsoidal ocoordenadas cartesianas.

Datos CompactadosDatos crudos compactados cadadeterminado intervalo de tiempo (tiempode compactacin) para formar una solaobservacin (medicin), para suposterior registro.

Datos CrudosDatos GPS originales, registrados ygrabados por un receptor.

Datos de MensajeMensaje incluido en la seal GPS queinforma de la ubicacin del satlite, lascorrecciones del reloj y la salud. Se

incluye tambin informacin general delas condiciones de otros satlites de laconstelacin.

Datum GeodsicoModelo matemtico diseado paraajustarse lo mejor posible a una parte oa la totalidad del geoide. Se define porun elipsoide y la relacin que existeentre este y un punto sobre la superficietopogrfica, establecido como el origendel datum. Dicha relacin se establecepor medio de seis cantidades,generalmente (aunque nonecesariamente): la latitud y longitudgeodsicas y la altura del origen, losdos componentes de la deflexin de lavertical en el origen y el acimutgeodsico de una lnea que va desde elorigen hacia cualquier otro punto.

Deflexin de la verticalngulo formado por la normal alelipsoide y la vertical (lnea deplomada). Generalmente se calcula

como un componente en el meridiano yun componente perpendicular al mismo.

DGPSGPS Diferencial. Trmino que se aplicacomnmente para designar a unsistema GPS que emplea correccionesde cdigo diferencial para obtener unaprecisin de posicin entre 0.5 - 5m.

Da SidreoIntervalo de tiempo entre dos trnsitossuperiores sucesivos del equinoccioVernal.

Da SolarIntervalo de tiempo entre dos trnsitos

superiores sucesivos del sol.


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Dilucin de la Precisin (DOP)Descripcin de la contribucin(puramente geomtrica) a laincertidumbre para fijar una posicin. El

factor DOP indica la fortaleza geomtricade la constelacin de los satlites en elmomento de la medicin. Los trminosestndar empleados en GPS son:GDOP coordenadas de posicintridimensional ms el retraso

del relojPDOP tres coordenadasHDOP dos coordenadas horizontalesVDOP nicamente alturaTDOP nicamente retraso del relojHTDOPposicin horizontal y hora

Disponibilidad Selectiva (SA)Degradacin de la precisin de laposicin puntual para los usuarios

civiles establecida por el Departamentode Defensa de los E.U.. El SA seintroduce como degradacin del reloj ode la rbita de los satlites GPS.

EfemridesLista de posiciones o ubicaciones de unobjeto celeste en funcin del tiempo.

Elementos Orbitales KeplerianosPermiten la descripcin de cualquierrbita astronmica:a: semi-eje mayore: excentricidadw: argumento de perigeoW: ascensin recta del nodo

ascendentei: inclinacinn: anomala verdadera

ElevacinAltura sobre el Geoide. Vase AlturaOrtomtrica.

ElipsoideEn Geodesia, a menos que seespecifique otra cosa, figuramatemtica formada al hacer girar una

elipse alrededor de su eje menor (aveces se le denomina tambinesferoide). Dos elementos definen unelipsoide: generalmente se dan aconocer como la longitud del semi-ejemayor a y el achatamiento f.

Elipsoide LocalElipsoide que se ha definido paraajustarse lo mejor posible a una parteespecfica de la Tierra. Generalmente,los elipsoides locales se ajustan paraun pas o un cierto grupo de pases.

pocaInstante fijo y particular de tiempo,empleado como punto de referencia enuna escala temporal.

Error de las EfemridesDiferencia entre la ubicacin actual delsatlite y la ubicacin predicha por losdatos orbitales de satlite (efemrides).


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Error MultitrayectoriaError de posicionamiento, resultante dela interferencia entre las ondas de radioque han viajado entre el transmisor y el

receptor por dos trayectorias dediferente longitud de onda.

Estimacin por mnimos cuadradosProceso de estimacin de parmetrosdesconocidos que se efectaminimizando la suma de los cuadradosde los residuales de una medicin.

ExcentricidadDistancia desde el centro de una elipsehacia el foco de su semi-eje mayor.e = (1 - b2 /a2)1/2

donde a y b son el semi-eje mayor ysemi-eje menor, respectivamente, de laelipse.

Fase ObservableVase Fase Portadora Reconstruida

Fase Portadora ReconstruidaDiferencia entre la fase de la faseportadora GPS recibida y con variacinDoppler y la fase de una frecuencia de

referencia nominalmente constante,generada en el receptor.

Frecuencia de Fase PortadoraFrecuencia de la salida fundamental nomodulada de un radiotransmisor. Lafrecuencia de la fase portadora GPS enL1 es de 1575.42 MHz y en L2 es de1227.60 MHz.

Frecuencia FundamentalLa frecuencia fundamental empleada enGPS es de 10.23 MHz. Las frecuenciasde fase portadora en L1 y L2 sonmltiplos enteros de la frecuenciafundamental.L1 = 154F = 1575.42 MHz

L2 = 120F = 1227.60 MHz

Frecuencia ResultanteCualquiera de las dos frecuenciasadicionales obtenidas al combinar lasfrecuencias de dos seales. Las

frecuencias resultantes son iguales a lasuma o la diferencia de las dos sealesoriginales, respectivamente.

Frecuencia Resultante de PortadoraFase de la seal que permanece cuandola seal de portadora, proveniente delsatlite, choca contra la frecuenciaconstante generada en el receptor.

GDOPDilucin de la Geometra de la precisin >Dilucin de la precisin

GeocntricoRelacionado con el centro de la Tierra.

GeodesiaCiencia que estudia el tamao y laforma de la Tierra.


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GeoideSuperficie equipotencial que coincidecon el nivel medio del mar, el cual seextendera imaginariamente a lo largo

de toda la superficie terrestre de noexistir los continentes. Esta superficiees perpendicular en todos los puntos ala fuerza de gravedad.

GPSSistema de Posicionamiento Global

Gradcula

Cuadrcula plana que representan laslneas de Latitud y Longitud de unelipsoide.

Hora LocalLa hora local es igual al tiempo mediode Greenwich + huso horario.

Huso HorarioHuso Horario = Hora Local Tiempomedio de Greenwich (GMT). Ntese queel Tiempo medio de Greenwich esaproximadamente el mismo que elTiempo GPS.

Inclinacinngulo formado entre el plano orbital deun objeto y un plano de referencia (porejemplo, el plano ecuatorial).

Intervalo de ChipsNmero de chips por segundo (porejemplo, cdigo C/A : 1.023*106 cps)

Intervalo de sesgo enteroVase Ambigedad

Latitudngulo entre la normal al elipsoide y elplano ecuatorial. Tiene un valor de cerosobre el ecuador y de 90en los polos.

Levantamiento EstticoEl trmino Levantamiento Esttico seemplea en conjuncin con el sistema

GPS para todas las aplicaciones delevantamientos no cinemticos. Loanterior incluye los siguientes modosde operacin:

Levantamiento Esttico Levantamiento Esttico Rpido

Levantamiento Esttico RpidoTrmino empleado en conjuncin con elsistema GPS para levantamientosestticos con perodos cortos de

observacin. Este tipo delevantamientos es posible gracias alalgoritmo de resolucin rpida deambigedades presente en el programaSKI.

Levantamiento Parar y SeguirEl trmino de Levantamiento Parar ySeguir se emplea en conjuncin con elsistema GPS para designar un tipoespecial de levantamiento cinemtico.Posterior a la inicializacin (paradeterminar las ambigedades) en elprimer punto, el receptor mvil sedesplaza a los dems puntos sin perderla seal de ningn satlite. Solo serequieren unas cuantas pocas enestos otros puntos para obtener unasolucin con la precisin requerida. Siocurre una prdida de seal, se debeiniciar nuevamente.


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Lnea BaseLongitud del vector tridimensional entreun par de estaciones en las que se hanregistrado simultneamente datos GPS

y se procesan con tcnicasdiferenciales.

Lnea de RumboTrmino empleado en navegacin.Trayectoria entre dos puntos con rumboconstante.

LongitudEs el ngulo que se forma entre elmeridiano de Greenwich y el meridianoque pasa por el punto en cuestin. Porlo tanto, tendr un valor de 0enGreenwich y se mide hacia el este o eloeste, con valores mximos de 180enun sentido y otro.

Longitud de BandaMedicin del ancho del espectro de unaseal (representacin del dominio de lafrecuencia de una seal) expresada enHertz.

Mediciones DiferencialesLas mediciones GPS se puedendiferenciar entre receptores, entresatlites o a lo largo de un cierto tiempo.

Aunque existen varias combinacionesposibles, por convencin las medicionesde fase GPS se diferencian en el ordenaqu descrito: primero entre losreceptores, despus entre los satlites ypor ltimo a lo largo del tiempo.Una medicin de una diferencia (entrereceptores) consiste en la diferencia in-stantnea de fase de la seal recibida,

medida simultneamente, por dosreceptores que observan el mismo satlite.Una medicin de doble diferencia (entrereceptores y satlites) se obtiene alhacer la diferencia entre la medicin deuna diferencia para un satlite conrespecto a la correspondiente medicinde una diferencia del satlite dereferencia elegido.

Una medicin de triple diferencia (entrereceptores, satlites y tiempo) seobtiene al hacer la diferencia entre unamedicin de doble diferencia en unapoca y la misma medicin en unapoca distinta.

Retraso de la Propagacin AtmosfricaRetraso de tiempo que afecta a lasseales de los satlites, debido a laionosfera y troposfera, que son capas

atmosfricas de la Tierra.MeridianoLnea imaginaria que une el polo surcon el polo norte y pasa por el ecuador alos 90.

Modo Cuadrtico de RecepcinMtodo empleado para la recepcin deseales GPS en L2, que duplica la faseportadora y no emplea el cdigo P.

Modulacin Binaria BifsicaCambio de fase de 0o de 180(pararepresentar 0 o 1 en binario, respectiva-mente) en una fase portadora constante.Se pueden modelar por medio de:

y = A cos (wt + p),donde la funcin de amplitud A es unasecuencia de valores +1 y -1 (pararepresentar los cambios de fase de 0 y180 respectivamente). Las sealesGPS son seales bifsicas moduladas.


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NAVSTARAcrnimo de Navigation System withTime and Ranging, nombre original delsistema GPS.

NMEADel Ingls: National Marine ElectronicsAssociation. que define sealeselctricas, protocolos de transmisin dedatos, tiempos y formatos de frasespara transmitir datos de navegacinentre diversos instrumentos denavegacin martima. Es el formato

estndar de salida para datos de tiempoy posicin de equipos GPS, el cual seemplea en diversas aplicaciones.

Ondulacin GeoidalDistancia de la superficie del elipsoidede referencia al geoide, medida a lolargo de la normal al elipsoide.

PDOPDilucin de la precisin de la Posicin.Vase Dilucin de la Precisin

PortadoraOnda de radio que tiene por lo menosuna caracterstica (por ejemplo,frecuencia, amplitud o fase) que puede

modificarse por modulacin a partir deun valor conocido de referencia.

Posicionamiento CinemticoDeterminacin de una serie de tiempo ode coordenadas para un receptor mvil.Cada serie de coordenadas sedetermina a partir de una sola muestrade datos y se generalmente se calcula

en tiempo real.

Posicionamiento DiferencialDeterminacin de coordenadasrelativas entre dos o ms receptoresque rastrean simultneamente lasmismas seales GPS.

Posicionamiento PuntualReduccin independiente deobservaciones efectuada por unreceptor en particular, empleando lainformacin de seudorangostransmitida por los satlites.

Posicionamiento RelativoVase Posicionamiento Diferencial

Post procesoProceso de calcular posiciones entiempo no real, empleando datospreviamente colectados por receptoresGPS.

Proyeccin ConformeProyeccin cartogrfica en la que seconservan los ngulos sobre el

elipsoide despus de ser proyectadossobre el plano.

Proyeccin LambertProyeccin cnica conforme queproyecta un elipsoide sobre unasuperficie plana, utilizando un conosobre una esfera como figuras dereferencia.

Proyeccin Transversa de MercatorProyeccin cilndrica conforme que sebasa en un cilindro que envuelve a laTierra.


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RangoTrmino empleado en navegacin parareferirse a la longitud de la trayectoriaentre dos puntos. Normalmente, esta

trayectoria es el crculo mximo o lalnea de rumbo.

Rango de Error del Usuario (UERE)Contribucin al rango de medicin delerror de una fuente individual de error,convertida en unidades del rango,asumiendo que la fuente de error noest relacionada con el resto de las

fuentes de error.

Retraso de la PropagacinVase Retraso de la propagacinatmosfrica y Retraso Ionosfrico.

Retraso del RelojDiferencia constante en la lectura de la

hora en dos relojes.

Retraso InosfricoLa propagacin de una onda a travs dela ionosfera (que es un medioheterogneo y dispersante),

experimenta un retraso. El retraso de lafase depende del contenido deelectrones y afecta las seales de lafase portadora. El retraso de gruposdepende tambin de la dispersin de laionosfera y afecta la modulacin de lasseales (cdigos). El retraso de la fasey de los grupos es de la mismamagnitud pero de signo contrario.

RINEXSiglas de Receiver INdependent EXchangeformat. Conjunto de definiciones yformatos estndar para promover ellibre intercambio de datos GPS.

RTCMSiglas de Radio Technical Commissionfor Maritime services. Comisinestablecida para definir un radio enlacediferencial de datos pa

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