UNIVERSIDAD DE LOS ANDESFACULTAD DE INGENIERIA

TOPOGRAFIA IMERIDA, EDO- MERIDAMERIDA, EDO. MERIDA

SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL (GPS)SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL (GPS)

INTEGRANTES:

- GARCIA M. KRISLEYDI Y. C.I 20.396.102

- MARQUEZ B. OMAR J. CI 20.848.585

REFERENCIASREFERENCIAS

Casanova, L.(2008). Topografía plana. Mérida, Venezuela. Primera edición.

El sistema de posicionamiento global

http://www.gps.gov/systems/gps/spanish.php

SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL (GPS)(GPS)

El sistema global de navegación por satélite permite determinar en todo el mundo la posición de un objeto, una persona o un vehículo con una precisión habitual de unos pocos metros de precisión.

SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL (GPS)(GPS)

El sistema de posicionamiento global G.P.S, es un sistema mundial de navegación desarrollado por el departamento de defensas de los Estados Unidos. Actualmente este sistema consta de 24 satélites artificiales (21 regulares y 3 de respaldo) y sus respectivas estaciones en la tierra, proporcionando información para el posicionamiento las 24 horas del día sin importar las condiciones del tiempo.

HISTORIA DEL G.P.SHISTORIA DEL G.P.S

En 1957, la Unión Soviética lanzó al espacio el satélite Sputnik I, que era monitorizado mediante la observación del efecto Doppler de la señal que transmitía. Debido a este hecho se comenzó a pensar que, de igual modo, la posición de un observador podría ser establecida mediante el estudio de la frecuencia Doppler de una señal transmitida por un satélite cuya órbita estuviera determinada con precisión.

La armada estadounidense rápidamente aplicó esta tecnología, para proveer a los sistemas de navegación de sus flotas de observaciones de posiciones actualizadas y precisas. Así surgió el sistema TRANSIT, que estuvo disponible, además, para uso comercial.

HISTORIA DEL G.P.SHISTORIA DEL G.P.S

En 1973 se combinaron los programas de la Armada y el de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos posteriormente renombrado como NAVSTAR GPS.Entre 1978 y 1985 se desarrollaron y lanzaron once satélites prototipo experimentales NAVSTAR, a los que siguieron otras generaciones de satélites, hasta completar la constelación actual.

En resumen desde sus inicios puramente militares en el año 1978, sus aplicaciones han ido incrementándose constantemente en diversas áreas y los equipos receptores GPS han ido disminuyendo tanto en tamaño como en costo.

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMADESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

Un sistema GPS esta compuesto por los siguientes tres segmentos:

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMADESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

SEGMENTO ESPACIAL: Conocido como la constelación NAVSTAR conformado actualmente por 24 satélites.

SEGMENTO DE CONTROL: Conformado por estaciones de control master y de alimentación. En tierra existen cinco estaciones de seguimiento de control, tres estaciones para la alimentación de datos y una estación de control maestro.

SEGMENTO USUARIO: Constituido por los receptores, recolectores de datos y programas de aplicación o software. El receptor es el instrumento que recibe y decodifica la señal del satélite calculando las coordenadas del puntos deseada. Los receptores varían en precisión, tamaño, capacidad de almacenamiento de datos y numero de satélites que utilizan para calcular posición, estos equipos son constantemente mejorados en calidad y precisión debido al permanente desarrollo tecnológico.

SEÑAL DEL GPSSEÑAL DEL GPS

La Onda Portadora (carriers)

Los satélites GPS transmiten las señales en dos tipos de frecuencias de ondas portadoras, (en inglés carrier). Una onda se denomina "L1" y emite en una frecuencia de 1575.42 MHz (Megaherzios) y transporta, de ahí el nombre "onda portadora", dos tipos de mensaje: El ya conocido Pseudo-Random Code para el tiempo.El mensaje de estado de la señal.

La otra onda se denomina "L2", con una frecuencia de 1277.60 MHz, mucho más preciso en su código PRC que la anterior, se usa sólo para fines militares.

Veamos que información transmite la onda portadora "L1":

1.- Los Códigos Seudo-Aleatorios o "Pseudo-Random Codes".

A su vez el Pseudo-Random Code se divide en dos tipos:El primero se llama código "C/A" (de "Adquisición Común"). Modula la onda portadora "L1". Se repite cada 1023 bits y modula en un ratio de 1 Mhz. Cada satélite tiene un único Pseudo-Random Code. El código "C/A" es la base para usos civiles del Sistema GPS. De ahí su nombre: "Adquisición o Captación Común"El segundo se llama código "P" (Preciso). Este se repite en un ciclo de siete días y modula ambas ondas portadoras: L1 y L2 a un ratio de 10 MHz. Este código es especial para usos militares y puede ser encriptado.

Cuando se encripta se le llama código "Y". Obviamente este código "P" es mucho más complicado que el "C/A" y por tanto más complicado de captar o adquirir por los receptores. Incluso, los GPS utilizados para fines militares para adquirir las señales, primero utilizan el código "C/A" y después saltan al código "P".

2.- El Estado de la Señal o Mensajes de Navegación. Estos mensajes de navegación o de estado, se encuentran en una señal de baja frecuencia añadida al código "L1", la cual da información acerca de las orbitas de los satélites, las correcciones de su reloj y otras señales de estado del Sistema.

FUNDAMENTOS INVOLUCRADOS EN LA FUNDAMENTOS INVOLUCRADOS EN LA MEDICIONES CON GPS MEDICIONES CON GPS

TRILATERACION SATELITALTRILATERACION SATELITAL

Los satélites del sistema de posicionamiento global se encuentran girando alrededor de la Tierra en órbitas predefinidas a una altura aproximada de 20.200 kilómetros, siendo posible conocer con exactitud la ubicación de un satélite en un instante de tiempo dado, convirtiéndose por lo tanto los satélites en puntos de referencia en el espacio (ver figura)

TRILATERACION SATELITALTRILATERACION SATELITAL

Supongamos que un receptor en la Tierra capta la señal de un primer satélite determinando la distancia entre ambos. Esto solamente nos indica que el receptor puede estar ubicado en un punto cualquiera dentro de la superficie de una esfera de radio R1 tal y como se muestra en la siguiente figura

El punto puede estar ubicado en cualquier lugar de

la esfera.

TRILATERACION SATELITALTRILATERACION SATELITAL

Si medimos la distancia de un segundo satélite al mismo receptor se generará una superficie esférica de radio R2, que al intersecarse con la primera esfera se formará un círculo en cuyo perímetro pudiera estar ubicado el punto a medir.

Circulo resultante de la intercepción

de dos esfera.

TRILATERACION SATELITALTRILATERACION SATELITAL

Si agregamos una tercera medición, la intersección de la nueva esfera con las dos anteriores se reduce a dos puntos sobre el perímetro del círculo descrito tal y como se muestra en la siguiente figura.

Uno de estos dos puntos puede ser descartado por ser una respuesta incorrecta, bien sea por estar fuera de espacio o por moverse a una velocidad muy elevada.

Puntos resultantes de la intercepción de

tres esferas.

TRILATERACION SATELITALTRILATERACION SATELITAL

Matemáticamente es necesario determinar una cuarta medición a un diferente satélite a fin de poder calcular las cuatro incógnitas x, y, z y tiempo.

Punto resultante de la intercepción de cuatro esferas.

MEDICIÓN DE DISTANCIAS DESDE LOS MEDICIÓN DE DISTANCIAS DESDE LOS SATÉLITESSATÉLITES

La distancia de un satélite a un receptor se calcula midiendo el tiempo de viaje de la señal de radio desde elsatélite al receptor. Conociendo la velocidad de la señal de radio, la distancia se determina por medio de la ecuación de movimiento con velocidad uniforme.

D = v.t

Siendo:

D = distancia en kilómetros desde el satélite al punto considerado.

v = velocidad de la señal de radio, aproximadamente la velocidad de la luz. v ≈300.000 km/s.

t = tiempo de viaje de la señal en segundos.

Para poder medir el tiempo de viaje de la señal, es necesario conocer mediante cierto procedimiento el instante en el que la señal parte del satélite.

MEDICIÓN PRECISA DEL TIEMPOMEDICIÓN PRECISA DEL TIEMPO

La medición del tiempo de viaje es una actividad difícil de realizar. Debido a la gran velocidad de las señales de radio y a las distancias, relativamente cortas, a la cual se encuentran los satélites de la Tierra, los tiempos de viaje son extremadamente cortos.

El tiempo promedio que una señal tarda en viajar de un satélite orbitando a 20.200 kilómetros a la Tierra es de 0,067 segundos. Este hecho hace necesario la utilización de relojes muy precisos.

Los satélites portan relojes atómicos con precisiones de un nanosegundo, pero colocar este tipo de relojes en los receptores sería muy costoso. Para solucionar este problema los receptores corrigen los errores en la medición del tiempo mediante una medición a un cuarto satélite.

CONOCIMIENTO PRECISO DE LA ORBITA CONOCIMIENTO PRECISO DE LA ORBITA DEL SATÉLITEDEL SATÉLITE

Como se ha mencionado, existen 24 satélites operacionales en el sistema NAVSTAR orbitando el la tierra cada 12 horas a una altura de 20.200Km. Existen 6 diferentes orbitas inclinadas aproximadamente 55° con respecto al ecuador. Alrededor de cada uno de estos planos giran 4 satélites monitoreados constantemente por el departamento de defensa de los Estados Unidos.

En la tierra existen 5 estaciones de seguimiento y control: 3 Estaciones para la alimentación de datos. 1 Estación de control maestra.

La estación de control maestra calcula con los datos de las estaciones de seguimiento, la posición de los satélites en las orbitas, los coeficientes para las correcciones de los tiempos y transmiten esta información a los satélites.

ESTACIONES DE CONTROL MAESTRAS Y ESTACIONES DE CONTROL MAESTRAS Y MONITOREO.MONITOREO.

Los errores que afectan las mediciones con G.P.S. Se pueden agrupar en 3 tipos diferentes:

CORRECCIÓN DE ERRORES EN LA CORRECCIÓN DE ERRORES EN LA PROPAGACIÓN DE LA ONDAPROPAGACIÓN DE LA ONDA

ERRORES

Errores originados por el

medio de propagación.

Errores propios del Satélite.

Errores en la recepción.

Error por ruta múltiple.

• Errores orbitales.• Errores del reloj.• Errores de

configuración geométrica.

1. ERRORES PROPIOS DEL SATÉLITE.1. ERRORES PROPIOS DEL SATÉLITE.

Errores orbitales: Afectan la determinación de la posición del satélite en un instante determinado con respecto a un sistema de referencia dado. Estos errores se originan debido a que no se conocen con la exactitud necesaria las orbitas de los satélites.

Errores del reloj: Aunque sumamente precisos, los relojes atómicos pueden presentar variaciones debido a la deriva propia del instrumento y a la acción de los efectos relativísticos que originan un diferencial del tiempo entre el sistema del satélite y del sistema del G.P.S. Este diferencial de tiempo no es constante para todos los satélites, sin embargo, estos errores, de muy poca magnitud, son ajustados por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos.

1. ERRORES PROPIOS DEL SATÉLITE.1. ERRORES PROPIOS DEL SATÉLITE.

Errores de configuración geométrica: El efecto de la geometría en la ubicación de los satélites utilizados en la determinación de un posicionamiento queda expresado por los parámetros de la dilación de precisión geométrica (DPG). Los parámetros de la DPG resultan en una medida compuesta que refleja la influencia de la geometría de los satélites sobre la precisión combinada de las estimaciones del tiempo y posición de la estación.

La configuración geométrica ideal se da cuando la posición relativa entre satélites forma ángulos agudos. Por el contrario una configuración geométrica pobre se da cuando los satélites están alineados o su posición relativa forma ángulos llanos.

2. Errores originados por el medio de 2. Errores originados por el medio de propagaciónpropagación

Cuando la señal penetra la ionosfera y la troposfera reducen la velocidad de la señal, pero actualmente los receptores de G.P.S. Toman en cuenta estas demoras haciendo las correcciones pertinentes.

Error por ruta múltiple: Se origina debido a la posibilidad de que una señal reflejada por objetos ubicados en la superficie de la tierra lleguen al receptor por dos o mas trayectorias diferentes.

Para minimizar los efectos del multipath se han

desarrollado antenas para filtrar las señales que llegan de diferentes direcciones.

3. ERRORES EN LA RECEPCIÓN3. ERRORES EN LA RECEPCIÓN

El ruido.

Centro de fase de la antena.

Errores del reloj oscilador.

Error de disponibilidad selectiva (S/A): El cual es una degradación de la señal del satélite causada en forma intencional por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos.