Sergio Velásquez LABSIG, CATIE Tel. (506) 558 2330 [email protected] Sistemas de...

Sergio VelSergio VelásquezásquezLABSIG, CATIELABSIG, CATIE

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Sistemas de Posicionamiento Global (GPS)Sistemas de Posicionamiento Global (GPS)y ArcViewy ArcView

Raster/Imagen

Vector

Mundo Real

TOPICOTOPICO ESPECIAL SIG, 2006ESPECIAL SIG, 2006

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¿Por qué SPG?¿Por qué SPG?

• Tratar de averiguar en donde estamos y hacia a donde Tratar de averiguar en donde estamos y hacia a donde vamos.vamos.

• La navegación y el posicionamiento son cruciales para La navegación y el posicionamiento son cruciales para muchas actividades y el proceso siempre había sido un muchas actividades y el proceso siempre había sido un poco complicado.poco complicado.

• Con el paso de los años se probaron muchas Con el paso de los años se probaron muchas tecnologías, pero cada una de ellas tiene algunas tecnologías, pero cada una de ellas tiene algunas desventajas.desventajas.

• Finalmente el DoD (EEUU) decidió que los militares Finalmente el DoD (EEUU) decidió que los militares tenían que tener una manera super precisa de tenían que tener una manera super precisa de posicionamiento. Invirtieron 12 billones de dólares y el posicionamiento. Invirtieron 12 billones de dólares y el resultado es el SPG que ha cambiado la navegación para resultado es el SPG que ha cambiado la navegación para siempre.siempre.

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La Era de PiedraLa Era de Piedra

Identificar y recordar Identificar y recordar objetos y marcas como objetos y marcas como puntos de referenciapuntos de referencia fueron las técnicas que el fueron las técnicas que el hombre primitivo utilizó hombre primitivo utilizó para encontrar la ruta a para encontrar la ruta a través de junglas y través de junglas y desiertos.desiertos.

Dejando piedras, Dejando piedras, marcando árboles, marcando árboles, referenciando montañas referenciando montañas fueron las primeras fueron las primeras ayudas para la ayudas para la navegación, y por tanto navegación, y por tanto los primeros “puntos de los primeros “puntos de referencia”.referencia”.

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La Era de las EstrellasLa Era de las Estrellas

• Cuando se comienza a Cuando se comienza a explorar los oceanos se explorar los oceanos se tomó como referencia los tomó como referencia los planetas, la luna y las planetas, la luna y las estrellas (navegación estrellas (navegación celestial)celestial)

•Para mejorar la precisión Para mejorar la precisión se inventaron se inventaron instrumentos ópticos para instrumentos ópticos para medir ángulos de vista medir ángulos de vista entre las estrellas.entre las estrellas.

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La Era de las EstrellasLa Era de las Estrellas

• El proceso de medición El proceso de medición consume mucho tiempo y consume mucho tiempo y es impreciso.es impreciso.

• No se puede utilizar No se puede utilizar durante el día o en noches durante el día o en noches nubosas.nubosas.

•El rango de medición se El rango de medición se encuentra en el orden de encuentra en el orden de varios kilómetros.varios kilómetros.

• El proceso de cálculo El proceso de cálculo básico fue la triangulación básico fue la triangulación geométrica.geométrica.

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La Era de la RadioLa Era de la Radio

• A mitad del siglo pasado se descubrió la A mitad del siglo pasado se descubrió la manera de medir distancias utilizando las manera de medir distancias utilizando las señales de radio.señales de radio.

• Se basa en el tiempo que le toma a una señal Se basa en el tiempo que le toma a una señal especial de radio viajar desde una estación de especial de radio viajar desde una estación de transmisión a un dispositivo especial designado transmisión a un dispositivo especial designado para recibirlas.para recibirlas.

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Se instala una torre de Se instala una torre de transmisión en un transmisión en un punto conocido Apunto conocido A

Se tiene un radio Se tiene un radio especial que puede especial que puede recibir señales de recibir señales de transmisor A y medir la transmisor A y medir la distancia hacia éldistancia hacia él

Si la distancia que se Si la distancia que se mide es de 12,3 km, mide es de 12,3 km, podríamos estar podríamos estar parados en cualquier parados en cualquier punto sobre un círculo punto sobre un círculo con un radio igual a la con un radio igual a la distancia medidadistancia medida

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Se instala otra torre de Se instala otra torre de transmisión en un transmisión en un punto conocido Bpunto conocido B

El mismo receptor El mismo receptor mide la distancia al mide la distancia al transmisor B como 9,7 transmisor B como 9,7 km.km.

Ya que estamos sobre Ya que estamos sobre los dos círculos al los dos círculos al mismo tiempo, mismo tiempo, podemos estar o en el podemos estar o en el punto P o en Q.punto P o en Q.

Si agregamos un tercer transmisor, la Si agregamos un tercer transmisor, la intersección de los tres círculos sería un intersección de los tres círculos sería un punto único y por lo tanto nos daría la punto único y por lo tanto nos daría la posición exacta!!!posición exacta!!!

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La Era del LORANLa Era del LORAN• LORAN (Long Range Navigation) es un tipo de sistema de LORAN (Long Range Navigation) es un tipo de sistema de radionavegación que comenzó a operar en 1950.radionavegación que comenzó a operar en 1950.

• Cada cadena de LORAN consiste de al menos cuatro transmisores y Cada cadena de LORAN consiste de al menos cuatro transmisores y cubre típicamente un área de cerca de 800 km. cubre típicamente un área de cerca de 800 km.

• Cada cadena difunde las señales de radio a una frecuencia Cada cadena difunde las señales de radio a una frecuencia determinada. Un receptor LORAN sintoniza las señales de radio de los determinada. Un receptor LORAN sintoniza las señales de radio de los transmisores en la cadena, mide las distancias a ellos automáticamente transmisores en la cadena, mide las distancias a ellos automáticamente y calcula la posición del receptor.y calcula la posición del receptor.

• El cubrimiento es limitado a cerca del 5% de la superficie de la tierra El cubrimiento es limitado a cerca del 5% de la superficie de la tierra en donde las cadenas están instaladas (No es global)en donde las cadenas están instaladas (No es global)

• Los transmisores LORAN envían señales a lo largo de la superficie Los transmisores LORAN envían señales a lo largo de la superficie de la tierra y por lo tanto solamente pueden proveer posiciones de la tierra y por lo tanto solamente pueden proveer posiciones bidimensionales (latitud y longitud). No puede proveer información bidimensionales (latitud y longitud). No puede proveer información acerca de la altura.acerca de la altura.

• Su precisión es buena en aproximadamente 250 m.Su precisión es buena en aproximadamente 250 m.

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La Era del SatéliteLa Era del Satélite• Para remediar las limitaciones anteriores, se concibieron sistemas de Para remediar las limitaciones anteriores, se concibieron sistemas de radionavegación basados en satélites.radionavegación basados en satélites.

• Las señales de los satélites de navegación pueden cubrir grandes áreas Las señales de los satélites de navegación pueden cubrir grandes áreas y varios de ellos cubren todo el planeta.y varios de ellos cubren todo el planeta.

• Uno de los primeros sistemas de navegación por satélite fue Transit.Uno de los primeros sistemas de navegación por satélite fue Transit.

• Estados Unidos desarrolló el sistema NAVSTAR y la Federación Estados Unidos desarrolló el sistema NAVSTAR y la Federación Rusa el sistema GLONASS. Ambos son muy similares en Rusa el sistema GLONASS. Ambos son muy similares en funcionamiento.funcionamiento.

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Los Tres Segmentos de los Los Tres Segmentos de los SPGSPG

• Segmento Espacial Segmento Espacial (Satélites)(Satélites)

• Segmento de Control Segmento de Control (Estaciones Terrenas)(Estaciones Terrenas)

• Segmento del Usuario Segmento del Usuario (Ud. y su Receptor)(Ud. y su Receptor)

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Segmento EspacialSegmento Espacial• 24 satélites (21 operacionales y 3 de 24 satélites (21 operacionales y 3 de repuesto)repuesto)

• Orbitan a una altura de 12,000 millasOrbitan a una altura de 12,000 millas

• Completan una orbita alrededor de la Completan una orbita alrededor de la tierra cada 12 horastierra cada 12 horas

• Transmiten señales de radio a varias Transmiten señales de radio a varias frecuencias (L1, L2, etc)frecuencias (L1, L2, etc)

• Los GPS de uso civil captan la Los GPS de uso civil captan la frecuencia L1 a 1575.42 MHz en la frecuencia L1 a 1575.42 MHz en la banda UHFbanda UHF

•

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Segmento de ControlSegmento de Control

• Encargado de monitorear los satélites Encargado de monitorear los satélites y proveerlos con información corregida y proveerlos con información corregida de las orbitas y el reloj.de las orbitas y el reloj.

• Hay cinco estaciones alrededor de todo Hay cinco estaciones alrededor de todo el mundoel mundo

• Cuatro de las estaciones reciben los Cuatro de las estaciones reciben los datos de los satélites y la envían a una datos de los satélites y la envían a una estación “maestra” que corrige las estación “maestra” que corrige las lecturas y junto de nuevo envía la lecturas y junto de nuevo envía la información a través de dos antenasinformación a través de dos antenas

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Segmento del UsuarioSegmento del Usuario

• El segmento del usuario lo constituye El segmento del usuario lo constituye Ud. y su receptorUd. y su receptor

•Entre los usuarios están pilotos de Entre los usuarios están pilotos de avión, excursionistas, alpinistas, avión, excursionistas, alpinistas, navegantes, cazadores, topógrafos, navegantes, cazadores, topógrafos, ingenieros, etc.ingenieros, etc.

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Cómo trabaja el GPS en cinco pasos Cómo trabaja el GPS en cinco pasos lógicoslógicos

1.1. La base del GPS es la “triangulación” desde los satélites.La base del GPS es la “triangulación” desde los satélites.2.2. Para “triangular” un receptor de GPS mide la distancia Para “triangular” un receptor de GPS mide la distancia

utilizando el tiempo de viaje de una señal de radio.utilizando el tiempo de viaje de una señal de radio.3.3. Para medir el tiempo de viaje, el GPS necesita registrar Para medir el tiempo de viaje, el GPS necesita registrar

el tiempo de manera muy precisa, lo cual se logra por el tiempo de manera muy precisa, lo cual se logra por medio de algunos trucos.medio de algunos trucos.

4.4. Al mismo tiempo que la distancia, se necesita conocer Al mismo tiempo que la distancia, se necesita conocer exactamente la posición de los satélites en el espacio. exactamente la posición de los satélites en el espacio. Las orbitas altas y un cuidadoso monitoreo es el secreto.Las orbitas altas y un cuidadoso monitoreo es el secreto.

5.5. Finalmente, se debe corregir por cualquier atraso que Finalmente, se debe corregir por cualquier atraso que las señal experimenta cuando viaja a través de la las señal experimenta cuando viaja a través de la atmósfera.atmósfera.

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Paso 1: TriangulaciPaso 1: Triangulación desde los ón desde los satélitessatélites

• La posición se calcula a partir de la distancia a los satélitesLa posición se calcula a partir de la distancia a los satélites

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• Se mide la distancia a un segundo satéliteSe mide la distancia a un segundo satélite

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• Se mide la distancia a un tercer satéliteSe mide la distancia a un tercer satélite

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Paso 2: Midiendo la distancia desde un Paso 2: Midiendo la distancia desde un satélitesatélite

• La distancia a un satélite esta determinada por La distancia a un satélite esta determinada por la medición de cuánto tiempo le toma a una la medición de cuánto tiempo le toma a una señal de radio en llegar a nuestra posición.señal de radio en llegar a nuestra posición.

• Ya que la señal viaja a la velocidad de la luz Ya que la señal viaja a la velocidad de la luz (300,000 km/s), el problema es medir el (300,000 km/s), el problema es medir el tiempo en que la señal tarda en viajar.tiempo en que la señal tarda en viajar.

• El tiempo de viaje para la distancia promedio a El tiempo de viaje para la distancia promedio a la que se encuentran los satélites es de 0.06 la que se encuentran los satélites es de 0.06 segundos.segundos.

• Supongamos por ahora que tenemos relojes Supongamos por ahora que tenemos relojes muy precisos: ¿Cómo medimos el tiempo de muy precisos: ¿Cómo medimos el tiempo de viaje de la señal?viaje de la señal?

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Sincronizando nuestros relojesSincronizando nuestros relojes• Supongamos que tanto el satélite como el receptor empiezan a Supongamos que tanto el satélite como el receptor empiezan a

tocar el himno de Panamá a las 12 am en punto.tocar el himno de Panamá a las 12 am en punto.• Estando en el receptor nosotros estaríamos oyendo dos Estando en el receptor nosotros estaríamos oyendo dos

versiones del himno, una generada a 11,000 km y la nuestra.versiones del himno, una generada a 11,000 km y la nuestra.• Obviamente las dos versiones estarían un poco desincronizadas Obviamente las dos versiones estarían un poco desincronizadas

debido a que la señal del satélite ha tenido que viajar 11,000 debido a que la señal del satélite ha tenido que viajar 11,000 km.km.

• Si deseamos saber cuan retrasada esta la versión del satélite, Si deseamos saber cuan retrasada esta la versión del satélite, podemos empezar a retrasar la versión del receptor hasta que podemos empezar a retrasar la versión del receptor hasta que caigan en una perfecta sincronización.caigan en una perfecta sincronización.

• La cantidad de tiempo que tenemos que retrasar la versión del La cantidad de tiempo que tenemos que retrasar la versión del receptor, es exactamente la cantidad de tiempo que tardó en receptor, es exactamente la cantidad de tiempo que tardó en viajar la versión del satélite.viajar la versión del satélite.

• Si multiplicamos este tiempo por la velocidad de la luz tenemos Si multiplicamos este tiempo por la velocidad de la luz tenemos la distancia al satélite.la distancia al satélite.

• En lugar de del himno de Panamá, los satélites usan algo En lugar de del himno de Panamá, los satélites usan algo llamado Código Pseudo-aleatorio, que es mucho más fácil de llamado Código Pseudo-aleatorio, que es mucho más fácil de tocar que el himno de Panamá.tocar que el himno de Panamá.

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• El Código Pseudo-aleatorio (CPA) es una parte fundamental del El Código Pseudo-aleatorio (CPA) es una parte fundamental del GPS, y es en realidad una secuencia de impulsos de encendido GPS, y es en realidad una secuencia de impulsos de encendido y apagado en los que la señal se “asemeja” mucho al ruido y apagado en los que la señal se “asemeja” mucho al ruido eléctrico aleatorio (de ahí su nombre).eléctrico aleatorio (de ahí su nombre).


¿Código Aleatorio?¿Código Aleatorio?

• Esta complejidad tiene varias razones de ser:Esta complejidad tiene varias razones de ser:– Es casi imposible que una señal extraña tenga la misma forma.Es casi imposible que una señal extraña tenga la misma forma.– Garantiza que el receptor no adquiera accidentalmente la señal de otro satélite, aun utilizando todos la misma frecuencia.Garantiza que el receptor no adquiera accidentalmente la señal de otro satélite, aun utilizando todos la misma frecuencia.– Hace más complicado sabotear el sistema, ya que el DoD puede controlar su acceso.Hace más complicado sabotear el sistema, ya que el DoD puede controlar su acceso.– Hace posible utilizar la señal amplificada, lo que hace innecesario las antenas parabólicas.Hace posible utilizar la señal amplificada, lo que hace innecesario las antenas parabólicas.

• Sin embargo todo lo expuesto descansa en el supuesto de que tanto el satélite como el receptor empiecen a generar sus señales al mismo Sin embargo todo lo expuesto descansa en el supuesto de que tanto el satélite como el receptor empiecen a generar sus señales al mismo tiempo.tiempo.

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Las señales del GPS en detalleLas señales del GPS en detalle

• Los satélites transmiten las señales en dos frecuencias:Los satélites transmiten las señales en dos frecuencias:– L1: en 1575.42 MHz y lleva un mensaje de estado y un CPA para L1: en 1575.42 MHz y lleva un mensaje de estado y un CPA para

el tiempo.el tiempo.– L2: en 1227.60 MHz y es utilizado para CPA de uso militar (más L2: en 1227.60 MHz y es utilizado para CPA de uso militar (más

preciso)preciso)• Existen dos tipos de CPA:Existen dos tipos de CPA:

– C/A (Adquisición ordinaria) que es modulado en L1, se repite cada C/A (Adquisición ordinaria) que es modulado en L1, se repite cada 1023 bits y se modula a una tasa de 1Mhz. Cada satélite tiene un 1023 bits y se modula a una tasa de 1Mhz. Cada satélite tiene un único CPA. El C/A es el que utiliza la sociedad civil.único CPA. El C/A es el que utiliza la sociedad civil.

– P (Preciso) que es modulado tanto en L1 como en L2, se repite cada P (Preciso) que es modulado tanto en L1 como en L2, se repite cada siete días a una tasa de 10 MHz. Se utiliza con fines militares y siete días a una tasa de 10 MHz. Se utiliza con fines militares y puede ser encriptado. Cuando esta encriptado se llama código “Y”.puede ser encriptado. Cuando esta encriptado se llama código “Y”.

– Existe una señal de baja frecuencia que se agrega a L1 que Existe una señal de baja frecuencia que se agrega a L1 que proporciona información acerca de las órbitas de los satélites, las proporciona información acerca de las órbitas de los satélites, las correcciones de sus relojes y otra información del estado del correcciones de sus relojes y otra información del estado del sistema.sistema.

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Paso 3: Adquiriendo perfecta Paso 3: Adquiriendo perfecta sincronizaciónsincronización

• Si un reloj midiendo la velocidad de la luz tiene un error Si un reloj midiendo la velocidad de la luz tiene un error de 1/1000 de segundo el error sería de aproximadamente de 1/1000 de segundo el error sería de aproximadamente 300 km.300 km.

• En los satélites la medida del tiempo es casi perfecta En los satélites la medida del tiempo es casi perfecta porque poseen relojes atómicos.porque poseen relojes atómicos.

• Es imposible tener relojes atómicos en los receptores de Es imposible tener relojes atómicos en los receptores de tierra (US100K).tierra (US100K).

• Para lograr tener la precisión de un reloj atómico en los Para lograr tener la precisión de un reloj atómico en los relojes de los receptores, se agregó una medición extra a relojes de los receptores, se agregó una medición extra a otro satélite.otro satélite.

• Tres medidas perfectas pueden localizar un punto en el Tres medidas perfectas pueden localizar un punto en el espacio tridimensional, por lo tanto cuatro medidas espacio tridimensional, por lo tanto cuatro medidas imperfectasimperfectas pueden hacer lo mismo. pueden hacer lo mismo.

• Esta idea es tan fundamental al trabajo del GPS que Esta idea es tan fundamental al trabajo del GPS que tenemos acá una sección separada para este tópico.tenemos acá una sección separada para este tópico.

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Eliminando el Error en los RelojesEliminando el Error en los Relojes

• El punto X es donde realmente estamos y esto es lo que El punto X es donde realmente estamos y esto es lo que nuestro receptor mostraría si tuviéramos relojes nuestro receptor mostraría si tuviéramos relojes perfectos.perfectos.

• ¿Pero que pasa si nuestro reloj esta un segundo ¿Pero que pasa si nuestro reloj esta un segundo atrasado comparado con el tiempo universal?atrasado comparado con el tiempo universal?

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• La diferencia entre X y XX es el error que La diferencia entre X y XX es el error que nuestros relojes imperfectos causan.nuestros relojes imperfectos causan.

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• En un mundo perfecto nuestra medición del En un mundo perfecto nuestra medición del tiempo se vería como este.tiempo se vería como este.

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• Con un segundo de retraso la situación sería esta.Con un segundo de retraso la situación sería esta.• Estos círculos gruesos muestran los “pseudorangos” (mediciones Estos círculos gruesos muestran los “pseudorangos” (mediciones

que no se han corregido por el corrimiento de los relojes).que no se han corregido por el corrimiento de los relojes).• Mientras que el Sat A y el B se intersectan en XX, el Sat C no Mientras que el Sat A y el B se intersectan en XX, el Sat C no

puede pasar a través de ese punto.puede pasar a través de ese punto.• El receptor busca un factor de corrección que le permita que todas El receptor busca un factor de corrección que le permita que todas

las mediciones se intersecten en un punto.las mediciones se intersecten en un punto.

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• El receptor calculará que substrayendo un segundo de cada medida El receptor calculará que substrayendo un segundo de cada medida los rangos se intersectarán en un punto.los rangos se intersectarán en un punto.

• Con este factor de corrección determinado, el receptor puede aplicar Con este factor de corrección determinado, el receptor puede aplicar la corrección a todas las medidas de aquí en adelante.la corrección a todas las medidas de aquí en adelante.

• A partir de ese momento su reloj esta sincronizado al tiempo A partir de ese momento su reloj esta sincronizado al tiempo universal.universal.

• El proceso de corrección debe repetirse constantemente para El proceso de corrección debe repetirse constantemente para asegurar que los relojes permanezcan sincronizados.asegurar que los relojes permanezcan sincronizados.

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Paso 5: Corrigiendo Paso 5: Corrigiendo ErroresErrores

Paso a través de la Paso a través de la atmósferaatmósfera

• En el mundo real existen una serie de circunstancias que En el mundo real existen una serie de circunstancias que pueden hacer que la sepueden hacer que la señal del satélite sea ñal del satélite sea matemáticamente imperfecta.matemáticamente imperfecta.

• Conforme la señal del GPS pasa a través de las partículas Conforme la señal del GPS pasa a través de las partículas cargadas de la ionósfera (50-500 km) y luego a través del cargadas de la ionósfera (50-500 km) y luego a través del vapor de agua de la tropósfera, disminuye su velocidad.vapor de agua de la tropósfera, disminuye su velocidad.

• Esto crea un error parecido a el error de un mal reloj.Esto crea un error parecido a el error de un mal reloj.

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Paso 5: Corrigiendo ErroresPaso 5: Corrigiendo ErroresPaso a través de la atmósferaPaso a través de la atmósfera

• Esto se puede corregir a través de modelos que predicen Esto se puede corregir a través de modelos que predicen cuál sera el retraso para un día típico, pero las condiciones cuál sera el retraso para un día típico, pero las condiciones atmosféricas son raramente “típicas”.atmosféricas son raramente “típicas”.

• Otra forma es comparar las velocidades relativas de dos Otra forma es comparar las velocidades relativas de dos señales diferentes, llamada “frecuencia dual”, pero es una señales diferentes, llamada “frecuencia dual”, pero es una medida sofisticada que solamente tienen los receptores medida sofisticada que solamente tienen los receptores avanzados.avanzados.

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Paso 5: Corrigiendo ErroresPaso 5: Corrigiendo ErroresViaje a través del sueloViaje a través del suelo

• La señal al alcanzar el suelo puede rebotar en varios La señal al alcanzar el suelo puede rebotar en varios obstáculos locales antes de alcanzar el receptor.obstáculos locales antes de alcanzar el receptor.

• Esto se llama “error de multivía” y es similar a la Esto se llama “error de multivía” y es similar a la interferencia de fantasma que se vé en un TV.interferencia de fantasma que se vé en un TV.

• Los buenos receptores utilizan sofisticadas técnicas de Los buenos receptores utilizan sofisticadas técnicas de rechazo de señales para minimizar este problema.rechazo de señales para minimizar este problema.

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Paso 5: Corrigiendo ErroresPaso 5: Corrigiendo ErroresProblemas en el satProblemas en el satéliteélite

• Errores en los relojes, aunque estos sean Errores en los relojes, aunque estos sean atómicos.atómicos.

• Errores de efemérides (por posición en los Errores de efemérides (por posición en los satélites), aunque su posición es actualizada satélites), aunque su posición es actualizada cada hora.cada hora.

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Paso 5: Corrigiendo ErroresPaso 5: Corrigiendo ErroresAlgunos ángulos mejor que otrosAlgunos ángulos mejor que otros

• La geometrLa geometría básica puede magnificar estos otros errores ía básica puede magnificar estos otros errores con un principio llamado Dilución Geométrica de la Precisión con un principio llamado Dilución Geométrica de la Precisión (DGOP)0(DGOP)0

• Siempre existen más satélites disponibles que los que un Siempre existen más satélites disponibles que los que un receptor necesita para fijar una posición, por lo tanto utiliza receptor necesita para fijar una posición, por lo tanto utiliza unos y desecha otros.unos y desecha otros.

• Si escoge los satélites que estan muy cerca en el cielo, los Si escoge los satélites que estan muy cerca en el cielo, los círculos se intersectaran en ángulos muy agudos lo que círculos se intersectaran en ángulos muy agudos lo que incrementa el margen de error alrededor de la posición. incrementa el margen de error alrededor de la posición.

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Paso 5: Corrigiendo ErroresPaso 5: Corrigiendo ErroresAlgunos ángulos mejor que otrosAlgunos ángulos mejor que otros

• Si se escoge satélites que estan muy separados los Si se escoge satélites que estan muy separados los círculos se intersectan a casi ángulos rectos y esto círculos se intersectan a casi ángulos rectos y esto minimiza la región del error. minimiza la región del error.

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Paso 5: Corrigiendo ErroresPaso 5: Corrigiendo ErroresErrores IntencionalesErrores Intencionales

• El DoD puede degradar la posición de los satélites por El DoD puede degradar la posición de los satélites por medio de una política llamada Disponibilidad Selectiva.medio de una política llamada Disponibilidad Selectiva.

• Se introduce ruido en los datos de los relojes de los Se introduce ruido en los datos de los relojes de los satélites, lo que introduce ruido en los cálculos de las satélites, lo que introduce ruido en los cálculos de las posiciones.posiciones.

• Este es la mayor fuente de error en el sistema.Este es la mayor fuente de error en el sistema.• El llamado GPS diferencial puede reducir estos El llamado GPS diferencial puede reducir estos

problemas y eliminar casi todo el error. problemas y eliminar casi todo el error.

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Resumen de las fuentes de error en Resumen de las fuentes de error en los GPSlos GPS

Error típico en metros Error típico en metros (por satélite) (por satélite)

GPS EstándarGPS Estándar GPS DiferencialGPS Diferencial

Reloj de los satélitesReloj de los satélites 1.51.5 00

Errores de órbitaErrores de órbita 2.52.5 00

IonósferaIonósfera 5.05.0 0.40.4

TropósferaTropósfera 0.50.5 0.20.2

Ruido del receptorRuido del receptor 0.30.3 0.30.3

MultivíaMultivía 0.60.6 0.60.6

SASA 3030 00

Precisión típica de la posiciónPrecisión típica de la posición

HorizontalHorizontal 5050 1.31.3

VerticalVertical 7878 2.02.0

3-D3-D 9393 2.82.8

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Sistema de Posicionamiento Global Sistema de Posicionamiento Global DiferencialDiferencial

• Trabaja posicionando una unidad Trabaja posicionando una unidad de GPS (llamada estación base o de GPS (llamada estación base o de referencia) en una localidad de referencia) en una localidad conocida.conocida.

• Dado que se conoce la posición Dado que se conoce la posición exacta de la estación base, se exacta de la estación base, se puede calcular la diferencia entre puede calcular la diferencia entre la posición calculada y la real.la posición calculada y la real.

• Estas “diferencias” para cada Estas “diferencias” para cada satélite se transmiten a las satélite se transmiten a las unidades GPS para corregir las unidades GPS para corregir las posiciones en el campo.posiciones en el campo.

• Las correciones se transmiten Las correciones se transmiten por radio FM, por satélite o por por radio FM, por satélite o por radiofaro (tiempo real) o se radiofaro (tiempo real) o se graban los datos en la base y graban los datos en la base y luego se procesa en gabinete luego se procesa en gabinete (postproceso).(postproceso).

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Sistema de Posicionamiento Global Sistema de Posicionamiento Global Diferencial en Tiempo RealDiferencial en Tiempo Real

• Una estación base Una estación base calcula y transmite las calcula y transmite las correcciones que recibe correcciones que recibe de cada satélite.de cada satélite.

• La corrección la recibe La corrección la recibe el receptor de campo el receptor de campo por medio de una señal por medio de una señal de radio o bien vía de radio o bien vía satélite.satélite.

• El receptor El receptor internamente despliega internamente despliega la posición corregida.la posición corregida.

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Sistema de Posicionamiento Global Sistema de Posicionamiento Global Diferencial en Tiempo RealDiferencial en Tiempo Real

• La Comisión Técnica de La Comisión Técnica de Radio para Servicios Radio para Servicios Marítimos (RTCM) define Marítimos (RTCM) define los protocolos de datos los protocolos de datos diferenciales para diferenciales para corrección desde la base al corrección desde la base al usuario de campo (RTCM usuario de campo (RTCM SC-104)SC-104)

• En los EEUU hay una red de En los EEUU hay una red de radiofaros que transmiten radiofaros que transmiten la señal RTCM (gratis).la señal RTCM (gratis).

• Donde no se tiene esta Donde no se tiene esta señal habría que comprar señal habría que comprar un transmisor (base).un transmisor (base).

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Proveedores de DGPS en tiempo realProveedores de DGPS en tiempo real

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WAAS (Wide Area Augmentation WAAS (Wide Area Augmentation System)System)

• Consiste de aproximadamente 25 Consiste de aproximadamente 25 estaciones posicionadas a lo largo estaciones posicionadas a lo largo de los Estados Unidos para de los Estados Unidos para monitorear datos satelares.monitorear datos satelares.

• Dos estaciones maestras Dos estaciones maestras recolectan datos de las estaciones recolectan datos de las estaciones de referencia y crean un mensaje de referencia y crean un mensaje de corrección a los GPS.de corrección a los GPS.

• El WAAS corrige los errores de El WAAS corrige los errores de órbita y reloj causados por la órbita y reloj causados por la atmósfera y la ionósfera.atmósfera y la ionósfera.

• Los mensajes corregidos se envían Los mensajes corregidos se envían a dos satélites posicionados a dos satélites posicionados fijamente sobre el Ecuador.fijamente sobre el Ecuador.

• La información es compatible con La información es compatible con la estructura básica de la señal de la estructura básica de la señal de GPS, lo cual significa que un GPS, lo cual significa que un receptor activado para el WAAS receptor activado para el WAAS puede leer la señal.puede leer la señal.

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Precisión del WAASPrecisión del WAAS

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OMNISTAROMNISTAR• Ofrece servicios de corrección que pueden mejorar la Ofrece servicios de corrección que pueden mejorar la

precisión de un receptor GPS hasta más de 100 veces.precisión de un receptor GPS hasta más de 100 veces.• Ofrece tres niveles de servicio:Ofrece tres niveles de servicio:

– VBS: Posicionamiento submétricoVBS: Posicionamiento submétrico– XP: Posicionamiento menor a 20 cm.XP: Posicionamiento menor a 20 cm.– HP: Posicionamiento menor a 10 cm.HP: Posicionamiento menor a 10 cm.

• Las correcciones se transmiten en RTCM-104 que es Las correcciones se transmiten en RTCM-104 que es reconocido por casi todas las unidades de GPS.reconocido por casi todas las unidades de GPS.

• El sitio a donde se puede consultar por sus servicioes es:El sitio a donde se puede consultar por sus servicioes es:– http://www,omnistar.comhttp://www,omnistar.com

• El costo de la subscripción es de US$800.00 por cada El costo de la subscripción es de US$800.00 por cada receptor.receptor.

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Como funciona OmniSTARComo funciona OmniSTAR

1.1. Satélites GPSSatélites GPS

2.2. Sitios de referencia GPS Sitios de referencia GPS (OmniSTAR)(OmniSTAR)

3.3. Enviar correcciones a los Enviar correcciones a los GPS vía línea rentada aGPS vía línea rentada a

4.4. Centro de Control de Centro de Control de Houston donde la corrección Houston donde la corrección de los datos son de los datos son chequeados y chequeados y reempaquetados para reempaquetados para subirlos alsubirlos al

5.5. Satélite Geoestacionario de Satélite Geoestacionario de banda Lbanda L

6.6. Huella típica de un satélite Huella típica de un satélite geoestacionariogeoestacionario

7.7. La corrección de los datos La corrección de los datos es recibida y aplicad en es recibida y aplicad en tiempo real.tiempo real.

46

Utilización de Unidades de GPSUtilización de Unidades de GPS

• Las unidades de GPS generalmente se dividen en aquellas Las unidades de GPS generalmente se dividen en aquellas que no tienen capacidad de desplegar mapas, las que que no tienen capacidad de desplegar mapas, las que despliegan mapas base y las que despliegan mapas despliegan mapas base y las que despliegan mapas detallados.detallados.

• Las unidades sin capacidad de despliegue de mapas, Las unidades sin capacidad de despliegue de mapas, generalmente tienen capacidad para dibujar su posición generalmente tienen capacidad para dibujar su posición relativa a cualquier punto de vía, rutas o registro de camino.relativa a cualquier punto de vía, rutas o registro de camino.

• Las unidades con mapa base generalmente muestra mapas Las unidades con mapa base generalmente muestra mapas con división política, carreteras, vías de ferrocarril, salidas con división política, carreteras, vías de ferrocarril, salidas de autopistas, aeropuertos, ríos, lagos, etc.de autopistas, aeropuertos, ríos, lagos, etc.

• Las unidades con mapas detallados, muestran las calles y Las unidades con mapas detallados, muestran las calles y avenidas de las principales ciudades del mundo con detalles avenidas de las principales ciudades del mundo con detalles de hospitales, restaurantes, museos, etc. Se pueden bajar de hospitales, restaurantes, museos, etc. Se pueden bajar mapas de Internet e incorporarlos a la unidad de GPS.mapas de Internet e incorporarlos a la unidad de GPS.

47

Cómo registrar puntos con un GPS Cómo registrar puntos con un GPS marca Garmin Modelo 12XLmarca Garmin Modelo 12XL

Páginas PrimariasPáginas Primarias

48

Página de SatélitesPágina de Satélites

49

Página de PosiciónPágina de Posición

Compás Gráfico

Rumbo

Odómetro

Velocidad

Elevación

Posición

Hora

50

Página de MapaPágina de MapaZoom, Vista Panorámica

Configuración

Rumbo Go To

Camino RecorridoWaypoints cercanos

Distancia Go To

Posición en curso

Velocidad en cursoRumbo en curso

51

Página de NavegaciónPágina de NavegaciónWaypoint destino

Rumbo al Waypoint

Dirección al Waypoint

Distancia al Waypoint

Velocidad actual

Tiempo estimadoe llegada

Ruta actual

52

Página de NavegaciónPágina de Navegación

Waypoint destino

Rumbo al Waypoint

Error de desviación

Distancia al Waypoint

Velocidad actual

Tiempo estimadode llegada

Ruta actual

53

Marcar una posiciónMarcar una posición

54

Marcar una posición promediadaMarcar una posición promediada

FOM

55

Transferir datos al computadorTransferir datos al computadorSeleccionar el Modo de InterfaceSeleccionar el Modo de Interface

Ir al MENU AJUSTES

56

Transferir datos al computadorTransferir datos al computadorSelección del Modo de InterfaceSelección del Modo de Interface

GRM/GRM

Seleccionar Interface

Recordar que el GPS tiene que estar conectado al computador a travésel cable de transferencia suplido por el fabricante

57

Utilización del Programa Waypoint+Utilización del Programa Waypoint+

• Configure el programaConfigure el programa

• Arranque el programa Arranque el programa Waypoint+Waypoint+

58

Configuración de Waypoint+Configuración de Waypoint+• Seleccione las coordenadasSeleccione las coordenadas– Grados (DD, DM, DMS)Grados (DD, DM, DMS)– UTMUTM

• Seleccione las unidadesSeleccione las unidades

• Seleccione el puerto al que se conecta el GPSSeleccione el puerto al que se conecta el GPS

59

Configuración de Waypoint+Configuración de Waypoint+

• Seleccione el datumSeleccione el datum

60

Descargue los datos del GPSDescargue los datos del GPS

• Seleccione el tipo de datos a Seleccione el tipo de datos a descargardescargar

• Los datos serán descargados a un Los datos serán descargados a un archivo en formato Waypoint +archivo en formato Waypoint +

61

Importar datos de Waypoint+ a Importar datos de Waypoint+ a ArcView 3.2ArcView 3.2

• Arranque el Arranque el programa ArcView programa ArcView 3.33.3

• Cargar la extensión Cargar la extensión

62


• Abra una nueva vistaAbra una nueva vista

• Abra las propiedades Abra las propiedades de la vista y fije las de la vista y fije las unidades de mapa a unidades de mapa a grados decimales grados decimales

63


• Haga click en el Haga click en el ícono para convertir ícono para convertir archivos Waypoint+ archivos Waypoint+ a shapefilea shapefile

• Navegue a donde se Navegue a donde se encuentra el archivo encuentra el archivo a importar y a importar y seleccióneloselecciónelo

64


• Seleccionar el tipo de Seleccionar el tipo de elemento que contiene el elemento que contiene el archivo Waypoint+ archivo Waypoint+ (punto, línea, polígono)(punto, línea, polígono)

• Navegue a donde se Navegue a donde se desea guardar el archivo desea guardar el archivo y póngale un nombrey póngale un nombre

• El nuevo tema se agrega El nuevo tema se agrega a la vistaa la vista

Sergio Velásquez LABSIG, CATIE Tel. (506) 558 2330 [email protected] Sistemas de...

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