Sistema y marco de referencia terrestre
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Sistema de Referencia
Terrestre (TRS): es la
definición ideal que se desea
materializar en la práctica.
Sistema y marco de referencia terrestre
x
z
y
TRS -> 7 parámetros:
• Origen (3)
• Escala (1)
• Orientación (3)
Marco de Referencia Terrestre
(TRF): es la materialización
práctica del TRS; está
afectada por los errores de las
mediciones y de los modelos
físicos y matemáticos usados
para procesar las mediciones.
P2(x2,y2,z2)
P3(x3,y3,z3)P1(x1,y1,z1)
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Sistema y Marco de Referencia Terrestre Internacional
Sistema y Marco de Referencia Terrestre Internacional (ITRS e ITRF):
definición del TRS y materialización del TRF según el Servicio
Internacional de Rotación de la Tierra y Sistemas de Referencia (IERS).
IERS Conventions (2010). Gérard Petit and Brian Luzum (eds.), IERS
Technical Note, 36, Frankfurt am Main: Verlag des Bundesamts für
Kartographie und Geodäsie, 179 pp., ISBN 3-89888-989-6.
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Sistemas y marcos de referencia terrestres
El ITRS se define por:
• Origen en el centro de masa del Sistema Tierra
• Escala dada por el metro (patrón secundario derivado del SI)
• Eje z orientado hacia el polo norte
• Eje x orientado hacia el meridano de Greenwich convencional
El ITRF se realiza por:
• Un conjunto de estaciones de medición instaladas sobre la superficie
deformable de la Tierra
• Cada estación tiene una posición (x,y,z) válida para una fecha de
referencia y una velocidad de cambio con el tiempo (vx,vy,vz)
• Las posiciones y velocidades surgen de combinar posiciones
determinadas con cuatro técnicas de medición:
• Interferometría de Línea de Base muy Larga (VLBI)
• Telemetría láser a satélites (SLR)
• Sistemas de Navegación Satelitales Globales (GNSS)
• Orbitografía y Radioposicionamiento Doppler Integrado por
Satélites (DORIS)
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Escala
Metro
Es una unidad secundaria
derivada del Segundo
Internacional (SI) y la
velocidad de la luz en el vacío
(299 792 458 m/s)
El SI es una unidad primaria
materializada por relojes
atómicos de Cesio (9 192 631
770 periodos de la transición
hiperfina del Cesio 137)
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Problema conceptual de la geodesia geométrica
fuente
quásar / satélite
receptor → medición → tiempo x c = distancia
señal electromagnética(microondas / óptico)
atmósfera
sistema inercial
(sin aceleraciones)
sistema no inercial
(con aceleraciones)
orientación relativa(rotación de la Tierra)
posición del receptor
(movimientos geofísicos
de la corteza terrestre)
posición de
la fuente
sistematismos
de la fuente
sistematismos del
instrumento de medición
Medición
=
posición de la fuente – sistematismos de la fuente
x
precesión, nutación y parámetros de orientación de a tierra
–
errores atmosféricos
–
posición del receptor – sistematismos del receptor
–
movimientos geofísicos
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atmósfera ionizada
(ionosfera ~50-1000 km)
atmósfera neutra (troposfera y
estratosfera ~0-50 km)
Movimientos del sitio
✓ deriva continental
✓ deformaciones de la corteza
✓ cargas mareales
✓ cargas no mareales
Efectos que deben ser reducidos y/o estimados
satélites (20.200 km)
✓ errores orbitales
✓ relatividad
✓ reloj del satélite
✓Centro de fase de la antena
✓ retardos electrónicos
✓ multicamino
receptor
✓ reloj del receptor
✓ ambigüedades de fase
✓ centro de fase de la antena
✓ retardos electrónicos
✓ multicamino
✓ errores de medición
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La velocidad de propagación de las señales electromagnéticas en la atmosfera no es
igual a la de la luz en el vacío, sino que depende de la refractividad de la atmósfera
Error causado por la atmósfera
61 10−− = c
Nv
(por definición, N=0 en el vacío)
El error en la distancia es:6
0
10− = N dr
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La ionosfera se extiende entre ~50 y 1000 km y se caracteriza por la
presencia de electrones libres causados principalmente por la radiación solar.
La densidad de electrones varía con la altura, hora del día, ciclo solar y la
época del año.
Error ionosférico
2
40.3 = I TEC
f
satélite
TEC = Total Electron Content
receptor
1m2
z
Cenit
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Error troposférico
componente
seca, hS ~40 km
componente
húmeda hH ~11 km
La atmósfera neutra se extiende hasta ~50 km de altitud, abarcando la
troposfera y la estratosfera.
• componente seca (90%), se asume en equilibrio hidrostático
• componente húmeda (10%), depende del contenido de vapor de agua
6
0
( ) 10 ( )− = Sh
S S SM z N h dh
6
0
( ) 10 ( )− = Hh
H H HM z N h dh
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Rotación de la Tierra
Precesión y nutación
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Nivelación de precisión
La rotación de la Tierra
Movimiento del polo e irregularidades de la rotación
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Deriva continental
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Núcleo interno (sólido)
Núcleo externo (líquido)
Manto (plástico)
Corteza (plástico)
Dinámica de la corteza terrestre
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Cambio de las coordenadas según el ITRF
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Terremoto de El Maule
Chile, Febrero de 2011
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Efectos de cargas mareales
Marea oceánica
La atracción de la Luna y el Sol actúa sobre:• Los océanos (marea oceánica)• La corteza terrestre (marea terrestre)• La atmósfera (marea atmosférica)
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Variación de la altura de agua equivalente
Efectos de las cargas no mareales
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Efectos de las cargas no mareales
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Tiempo
c = velocidad de la luz = 300.000 km / seg
Distancia = c x (T2-T1)
T1 = instante de
emisión de la señal
T2 = instante de
recepción de la señal
c~3 108 m/s → d<1 mm → t<10-11 s
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Técnicas geodésicas espaciales usadas para el ITRF
DORIS
GNSS
SLR
VLBI
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Interferometría de Línea de Base Muy Larga (VLBI)
Telemetría Láser a Satélites (SLR)
Sistemas Globales de Navegación Satelital (GNSS)
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Orbitogarafía y Radioposicionamiento Doppler
Integrado por Satélites
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Marco de Referencia Celeste Internacional (ICRF)
ICRF2
3414 fuentes
Menor densidad al sur de -30°
2197 fuentes tienen 5 veces
menos precisión que las mejores
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VLBI
línea de base
(1.000 – 12.000 km)
adquisidor adquisidor
correlador
reloj reloj
frecuencia, amplitud,
fase, retraso y deriva
Recepción en dos bandas para
corregir el error ionosférico:
S (2.20 - 2.35 GHz)
X (8 – 9 GHz)
Posición de la radiofuente
Posición del radiotelescopio
Parámetros de orientación de la Tierra
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Origen
Las satélites se mueven
en torno al centro de
masa de la Tierra.
El movimiento orbital
materializa el origen del
TRS.
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Mide satélites equipados con
retro-reflectores, desde órbita
baja hasta geoestacionaria
telescopio de 50 cm apertura
láser zafiro - titanio de dos
colores: 847 nm y 423.5 nm
repetición de pulsos: 100 Hz
ancho de pulsos: 40 ps
energía de pulsos: 15 mJ
SLR
distancia = velocidad de la luz ×tiempo ida – vuelta
2
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ITRF 2014
1499 estaciones en 975 sitios; 10% con dos o más técnicas colocalizadas.
Tec. Época Ses(días) # sol PM PRr LOD UT1-UTC
IVS 1980-2015 1 5789 X X X X
ILRS 1983-1993 15 244 X X
1993-2015 7 1147 X X
IGS 1994-2015 1 7714 X X X
IDS 1993-2015 7 1140 X
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Velocidades
ITRF 2014
![Page 30: Sistema y marco de referencia terrestre](https://reader036.fdocuments.ec/reader036/viewer/2022062607/62b5bfd58f07af129537bc44/html5/thumbnails/30.jpg)
ITRF 2014
1499 estaciones en 975 sitios; 10% con dos o más técnicas colocalizadas.
![Page 31: Sistema y marco de referencia terrestre](https://reader036.fdocuments.ec/reader036/viewer/2022062607/62b5bfd58f07af129537bc44/html5/thumbnails/31.jpg)
Medición
=
posición de la fuente – sistematismos de la fuente
x
precesión, nutación y parámetros de orientación de a tierra
–
errores atmosféricos
–
posición del receptor – sistematismos del receptor
–
movimientos geofísicos
![Page 32: Sistema y marco de referencia terrestre](https://reader036.fdocuments.ec/reader036/viewer/2022062607/62b5bfd58f07af129537bc44/html5/thumbnails/32.jpg)
ITRF resulta de la
combinación de VLBI,
SLR, GNSS y DORIS
SIRGAS es una
densificación
GNSS del ITRF
RAMSAC es una
densificación
GNSS de SIRGAS
¿Cómo se accede al GGRF?
![Page 33: Sistema y marco de referencia terrestre](https://reader036.fdocuments.ec/reader036/viewer/2022062607/62b5bfd58f07af129537bc44/html5/thumbnails/33.jpg)
Resolución de UN sobre el GGRF
El GGRF se basa en un sistema de sistemas denominado
‘Sistema de Observación Geodésico Global' (GGOS), bajo la
coordinación de la Asociación Internacional de Geodesia (IAG).
Algunos elementos son operados por los gobiernos, otros
son operados por instituciones de investigación
Todo funciona sobre la base de acuerdos voluntarios de
instituciones y personas que comprometen sus mejores
esfuerzos
La distribución global y la densidad de la infraestructura es
irregular y limita la precisión y la estabilidad del GGRF
En febrero de 2015 la ONU emite una resolución instando a
sus Estados a cooperar para la sustentabilidad del GGRF.
“Ningún país puede hacer esto solo. Para que el GGRF
sea sostenible, todos los países deben desempeñar un
papel, y los países desarrollados brindan asistencia a los
países menos desarrollados cuando sea posible. El
consenso general es que existe la voluntad de cooperar,
pero faltan mecanismos de cooperación claros,
especialmente en lo que respecta al intercambio de
recursos ”.
![Page 34: Sistema y marco de referencia terrestre](https://reader036.fdocuments.ec/reader036/viewer/2022062607/62b5bfd58f07af129537bc44/html5/thumbnails/34.jpg)
Los instrumentos de AGGO
Tiempo y frecuencia
Gravimetría
VLBI
SLR
GNSS Meteorología, hidrología, sismología
![Page 35: Sistema y marco de referencia terrestre](https://reader036.fdocuments.ec/reader036/viewer/2022062607/62b5bfd58f07af129537bc44/html5/thumbnails/35.jpg)
Co-localización en AGGO
![Page 36: Sistema y marco de referencia terrestre](https://reader036.fdocuments.ec/reader036/viewer/2022062607/62b5bfd58f07af129537bc44/html5/thumbnails/36.jpg)
Sistemas y Marcos de Referencia, Córdoba, Junio 12-14, 2008. C. Brunini - 36
Servicio internacional de VLBI
![Page 37: Sistema y marco de referencia terrestre](https://reader036.fdocuments.ec/reader036/viewer/2022062607/62b5bfd58f07af129537bc44/html5/thumbnails/37.jpg)
Servicio Internacional de LASER a satélites
![Page 38: Sistema y marco de referencia terrestre](https://reader036.fdocuments.ec/reader036/viewer/2022062607/62b5bfd58f07af129537bc44/html5/thumbnails/38.jpg)
Sistemas y Marcos de Referencia, Córdoba, Junio 12-14, 2008. C. Brunini - 38
Servicio Internacional DORIS