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Descripción a fondo sobre como trabaja el GPS

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    • Sistema GPSComo el mundo dejó de perderse•QUÉ ES EL GPS?•¿CÓMO FUNCIONAN LOS GPS?•APLICACIONES
    • QUE ES GPS? Se conoce como sistema de posicionamiento global ¿Dónde estoy ubicado sobre laObservador tierra?
    • ¿QUÉ ES GPS?COMPONENTES DEL SISTEMA:• Segmento de Control• Segmento Espacial• Segmento Usuario
    • ¿QUÉ ES GPS? Segmento Espacial (satélites) Segmento de Control (estación de control)Segmento del Usuario (receptores)
    • ¿QUE ES GPS? SEGMENTO DE CONTROL / MONITOREO• 10 Estaciones en todo el mundo monitoreadas por el Ministerio de Defensa de U.S.A.• Todas desarrollan funciones de Monitoreo • Reciben las señales de los satélites • Capturan Datos Meteorológicos • Transmiten Datos a Estación Maestra de Control
    • ¿QUE ES GPS? SEGMENTO DE CONTROL / MONITOREO• Estación Maestra de Control Transmite a los satélites: • Parámetros de predicción de Orbitas • Correcciones en los relojes de los satélites (atómicos) • Modelos de la Ionosfera • Comandos a los satélites
    • ¿QUE ES GPS? SEGMENTO DE ESPACIO 24 Satélites en constelación: • 6 planos con rotación de 60° en longitud y una inclinación respecto al plano del ecuador en 55º • 4 Satélites por cada plano• Orbitas muy elevadas: • 20,183 Km Aprox. • Una revolución cada 12 horas sidéreas
    • ¿QUE ES GPS? SEGMENTO ESPACIAL
    • ¿QUE ES GPS? Cada satélite contiene relojes atómicos de alta precisión y transmiten constantemente señales de radio utilizando un código único de identificaciónSeñal de radio
    • La señal GPSLos satélites transmiten constantemente en dos ondas portadoras que viajana la velocidad de la luz. Dichas ondas portadoras se derivan de la frecuenciafundamental (10.23 MHz), generada por un reloj atómico muy preciso. La portadora L1 ⇒ frecuencia de 1575.42 MHz y longitud de onda de 19.05 cm. La portadora L2 ⇒ frecuencia de 1227.60 MHz y longitud de onda de 24.45 cm. Las ondas portadoras están diseñadas para llevar los códigos binarios C/A y P en un proceso conocido como modulación. Modulación significa que los códigos están superpuestos sobre la onda portadora.
    • La señal GPS• Cada satélite transmite señales en ambas frecuencias, siendo éstas, las señales de navegación (códigos), y los datos de navegación y sistema (mensaje). Los códigos que se modulan en la señal son:• El Código C/A modula a una frecuencia de 1.023MHz (10.23/10). Tiene una duración de un milisegundo y su longitud de onda es de aproximadamente 300 m. El código C/A se transmite actualmente sólo por medio de la frecuencia portadora L1.• El Código P o Código de Precisión modula a una frecuencia de 10.23MHz. La secuencia de este código es de 267 días y su longitud de onda es de 29.31 cm. Se les ha asignado a los distintos satélites porciones de siete días.
    • Mensaje de navegaciónEl conjunto completo de datos está subdividido en cinco subconjuntos de seissegundos de duración cada uno, lo que hace que el conjunto completo tiene unciclo de tiempo de 30 segundos. En ellos podemos encontrar: Subconjunto 1: Datos de los parámetros de los relojes de los satélites. Subconjuntos 2 y 3: Datos de las efemérides (info. satélite) transmitidas. Subconjuntos 4 y 5: Datos del almanaque y parámetros Ionosféricos.Los subconjuntos 4 y 5 no se repiten cada 30 segundos. Ambos subconjuntoscontienen 25 páginas que aparecen sucesivamente. Cada página contiene losdatos de almanaque de un satélite, de tal modo que se dispone del contenidototal de información cada 12.5 minutos.
    • Tiempo del Sistema GPSEl tiempo del sistema GPS es una escala atómica de tiempo definida por elreloj principal de la Estación Central de Control.Se caracteriza por: ⇒ el número semanal. ⇒ el número de segundos transcurridos desde el comienzo de la semana actualLa época inicial de GPS es el 6 de enero de 1980 a las 0 horas de UTC.En ese momento coincidieron los tiempo GPS y UTC.
    • ¿QUE ES GPS? SEGMENTO USUARIOReceptores Civiles yMilitares localizados entierra, mar ó aire.La utilización enaplicaciones civileses cada día más extensay con mayores precisiones.
    • ¿CÓMO FUNCIONAN LOS GPS? Para medir la distancia se Además de la medida la 3 necesitan relojes precisos y cuatro satélites 4 distancia, es necesario saber la posición de los Satélites para cada instante2 Para la trilateración 5 Se corrigen los los GPS miden la dis- errores tancia usando la veloci- atmosféricos dad de la luz. 6 Se obtiene así una solución navegada El sistema se basa en la1 trilateración con los satéli- tes.
    • TrilateraciónUna medida nos da la posición sobrela superficie de una esfera Estamos localizados 19,000km en cualquier punto sobre esta esfera
    • Trilateración Una segunda medida nos localiza en la intersección de dos esferas. 19,000km 20,000La intersección kmde dos esferases uncircunferencia
    • Trilateración Una tercera medida nos acerca a dos puntos únicos La intersección de tres esferas 19,000 km genera dos puntos Una de las soluciones es 20,000 km absurda21,000 km
    • Distancia al Satélite Las señales de radio viajan a la velocidad de la luzSe calcula midiendo el tiempo de viaje de las señales de radio.D t= tiempo entre la emisión de la señal emitida por el satélite y la llegada de esta señal al receptorc= velocidad de la luzD= distancia entre el satélite y el receptor en un instante determinado D = Dt x c
    • Distancia al Satélite D t= tiempo entre la emisión de la señal en el satélite y la llegada al receptor. El D t se mide en función del reloj del receptor por lo tanto el D t tiene un error D tverdadero = D t medido + e t e t es el error entre el reloj del receptor y el tiempo GPS D = D t medido * c + e t * cEsto se denomina Pseudodistancia
    • Relojes Con relojes adelantadosPosición desfasada porque el relojestá adelantado 5 seg. Medida 7 seg. Medida incorrecta incorrecta
    • Se necesitan relojes muyprecisos Es necesario utilizar relojes precisos para medir el tiempo de viajeLos Satélites tienen relojes atómicos• Los receptores GPS necesitan relojes consistentes (pero son de cuarzo)• Adicionando un cuarto Satélite se eliminan el error del reloj del receptor.
    • Se necesitan relojes muy precisos ?D1 = ( x − x1 ) 2 + ( y − y1 ) 2 + ( z − z1 ) 2 = ∆t1aparente × c + ε t × cD2 = ( x − x2 ) 2 + ( y − y2 ) 2 + ( z − z 2 ) 2 = ∆t 2 aparente × c + ε t × cD3 = ( x − x3 ) 2 + ( y − y3 ) 2 + ( z − z3 ) 2 = ∆t3 aparente × c + ε t × cD4 = ( x − x4 ) 2 + ( y − y4 ) 2 + ( z − z 4 ) 2 = ∆t 4 aparente × c + ε t × c El GPS es un buen posicionador y un buen reloj
    • Dilution of Precision (DOP) Situación real-Círculos inexactosEl punto que representa laposición es realmente uncuadrado 4 secs 6 secs Incierto Incierto
    • Dilution of Precision (DOP) Empeora con ciertos ángulosEl cuadrado aumenta silos satélites están cerca.
    • Dilution of Precision (DOP)• Geometría de los Satélites• Indica la calidad de la medida• Puede ser expresado en diferentes dimensiones Las mas conocidas GDOP PDOP HDOP Las menos VDOP TDOP
    • Disponibilidad Selectiva• El gobierno de U.S.A. puede introducir errores• Cuando ellos lo hacen, ésta es la mayor fuente de error• Las correcciones diferenciales eliminan este error • Post-proceso • RTCM-Tiempo real
    • Fuentes de error Relojes Efemérides Receptores AtmósferaDisponibilidad Selectiva 0 20 40 60 80 100 Metros
    • Otros errores•Efecto multicaminoeste error es difícil de determinar yes el que genera los peoresproblemas al medir con GPS dadoque no se manifiesta al medir (errortraicionero)
    • Otros errores Ingreso de “ruido en la señal GPS o relación señal / ruidoAparece al tener elementos que distorsionan laseñal. Este error se puede mitigar tratando dequitar o atenuar las fuentes de ruido, ademássiempre es posible filtrarloTambién aparece en satélites que están muybajos respecto al horizonte.Tormentas solares.
    • Se Pueden ConseguirDistintas PrecisionesDepende de lo Siguiente• Tipo de receptor• Posición relativa de los satélites• Tiempo de mediciones• Uso de GPS Diferencial
    • GPS Autónomo 12 m Aprox. 100 mExiste un antes y un después del 2000
    • Diferencial GPS (DGPS) RTCM• Una estación DGPS o red de estaciones, generan una corrección en los observables GPS y provee esta información al receptor móvil.• Un receptor móvil GPS usa las señales de los satélites + la información de la corrección para calcular con precisión su posición actual.• Las correcciones DGPS en tiempo real pueden transmitirse desde un satélite o desde una estación terrestre.• La conectividad puede ser por radio modem (integrado o no), celular, etc• En general, el uso de señales correctoras DGPS requieren una subscripción paga.
    • Diferencial GPS (DGPS) Post proceso• Una estación comunitaria, red de estaciones o un equipo monousuario guarda observaciones de la señales GPS y provee esta información al receptor móvil a traves del envio de un archivo al PC.• Un receptor móvil GPS guarda las señales de los satélites y posiciones sin corregir• Los datos son cargados en un PC y se realiza el postproceso de las posiciones con la infomación de la estación base y el equipo movil• Los archivos para la corrección pueden obtenerse por internet, redes lan, etc• El postproceso no permite obtener la posicion con precision en tiempo real
    • Diferencial GPS Tiempo Real (RTK)• Una equipo GPS recibe la señal GPS y provee esta información al receptor móvil a traves de un radioenlace.• Un receptor móvil GPS usa las señales de los satélites + la información enviada por el equipo base para calcular con precisión su posición actual.• La conectividad puede ser por radio modem (intregrado o no), celular, etc• La distancia entre la estacion base y el movil es acotada• La precision lograda es del orden centimétrico
    • Receptores DGPSEstación Base <2m
    • Receptores DGPS sub-métricosEstación Base <1m
    • Tiempo real cinemático RTK (para topografía)Estación Base RTK <1cm
    • GPS para GeodesiaEstación Base <1/2 cm
    • Precisión: después del 11/09/2001 12m 1m 1/2cm 1cm 2m 90 m Antes del 1/05/2000
    • Una idea de la CorrecciónDiferencial• Capture datos en un Base lugar - determine . errores +• Cada error se marca + de acuerdo con el tiempo GPS. + + + t+1 + + + Tiempo, t
    • Una idea de la CorrecciónDiferencial• El móvil incurre en Móvil los mismos ? errores +• Aplique el error de + la Base en la dirección opuesta + + + t+1 + + + Tiempo, t
    • Corrección DiferencialPostproceso: • Software de Post-Proceso • No se requieren radiosTiempo Real • Coordenada precisa en campo • Enlace de Radio
    • Post-Proceso Receptor Base x,y,z conocidos Receptor portátil
    • Post-ProcesoEquipo Móvil S 33° 23’ 2 7 .2 2 5 8 O 56° 02’ 15 . 15 5 3 Equipo Base
    • Tiempo Real Radio Enlace Cm 3 7 ° 2 3 ’ N 2 7 .2 2 5 8 W 12 2 ° 0 2 ’ 15 . 15 5 3 Base
    • Datums &Transformación de Datums Los elipsoides se utilizan para producir el mejor acomodamiento en áreas específicas sobre la tierra • El Datum es un elipsoide de referencia fijo. • Las transformaciones de Datum describen la localización relativa entre ellos. Geoide Elipsoide acomodado aElipsoide acomodado Canadáa Uruguay
    • Geoide, Separación del Elipsoidey Modelos Geoidales El geoide es una superficie no uniforme h: Altura Terreno h Ortométrica N: SeparaciónGeoide N Geoide- Datum elipsoide• El modelo geoidal brinda valores N en un área determinada• En pendientes planas es similar la separación geoidal
    • Diagrama Completo Diagrama de flujo GPS Típico Elipsoide GPS Elipsoide WGS-84: Latitud, Local Longitud, y Altura Transformación Latitud local , Elipsoidal de Datum Longitud local, y Altura ElipsoidalCoordenadas ProyecciónLocales TransformaciónPl anaNorte, Este Coord. LocalesAltura Norte, Este y Ajuste de Alturas alturaCoordenadasL ElipsoidalocalesAltura Ortométrica El cálculo se puede hacer en cualquier sentido
    • Aplicaciones•Navegación•Control de flotas y vehículos (AVL)•Sistemas de información geográfica(SIG)•Cartografía
    • Aplicaciones•Apoyo fotogramétrico y de imágenes satelitales•Relevamientos topográficos•Geodesia
    • Aplicaciones•Agricultura de Precisión•Calculo de área y rutas
    • Aplicaciones•Diversión y Deportes•Control de tiempo•Otros
    • • Y así es como funciona