DEPARTAMENTO DE FOTOGAMETRIA
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
Sistema De G.P.S.
Bachiller:
José Matías Molina
V-20414871
TOPOGRAFÍ...
 Wolf P. y Ghilani C., Topografía, Alfa omega, undécima edición, 2009
 Rizos, Chris. University of New South Wales. GPS ...
 El Sistema GPS (Global Positioning System) o Sistema de
posicionamiento Global es un sistema de posicionamiento
terrestr...
 Esto es, a grandes rasgos, el sistema GPS. A partir de esto, los receptores GPS
reciben esos datos que, una vez procesad...
 Desde la antigüedad del ser humano a sentido gran curiosidad por el
posicionamiento de la tierra en el universo y del ho...
 La armada Estadounidense rápidamente aplicó esta
tecnología, para proveer a los sistemas de navegación de
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 En 1973 se combinaron los programas de la Armada y el de la Fuerza Aérea
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Como hemos dicho anteriormente, los receptores GPS reciben la información
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 Teniendo en cuenta que la concepción inicial de este sistema era
hacer un uso militar del mismo, debemos señalar que los...
Descripción Del Sistema G.P.S.
 Los satélites GPS transmiten las señales en dos tipos de frecuencias de ondas
portadoras, (en inglés carrier). Una onda ...
 El segundo se llama código "P" (Preciso). Este se repite en un ciclo
de siete días y modula ambas ondas portadoras: L1 y...
Señal Del G.P.S.
Señales Del
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Señal Pseudo-Random
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El Estado de la Señal
o Mensajes de
Navegación.
código "P"
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 El Sistema de Posicionamiento Global (Global Positioning System, G.P.S.)
fue concebido para determinar posiciones en tie...
 No obstante, es muy difícil que los relojes u osciladores de los satélites y el
receptor estén perfectamente sincronizad...
 Los satélites están a una altura de 20.200 kilómetros, y actúan como un punto
de referencia conocido, transmitiendo info...
 El G.P.S. es utilizado en múltiples campos como la geodesia, geofísica,
geodinámica, astronomía, meteorología, topografí...
 La posición calculada por un receptor GPS requiere en el instante actual, la
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 Retraso de la señal en la ionosfera y la troposfera
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  1. 1. DEPARTAMENTO DE FOTOGAMETRIA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES Sistema De G.P.S. Bachiller: José Matías Molina V-20414871 TOPOGRAFÍA I Prof. Eugenia Delgado Merida, Junio Del 2014
  2. 2.  Wolf P. y Ghilani C., Topografía, Alfa omega, undécima edición, 2009  Rizos, Chris. University of New South Wales. GPS Satellite Sígnalos. 1999 (Traducción On Line)  Revista GSP World - Online  Distintos textos sobre GPS de Peter H. Dana, Universidad de Texas en Austin  Ashby, Neil Relativity and GPS. Physics Today, May 2002. (Traducción On Line)  Guillermo Sánchez. «Sistema posicionamiento global (GPS) y las teorías de la relatividad
  3. 3.  El Sistema GPS (Global Positioning System) o Sistema de posicionamiento Global es un sistema de posicionamiento terrestre, la posición la calculan los receptores GPS gracias a la información recibida desde satélites en órbita alrededor de la Tierra. El GPS permite determinar en todo el mundo la posicion de un objeto, una persona o un vehículo con una precisión hasta de centímetros aunque lo habitual son unos pocos metros de precisión  Consiste en una red de 24 satélites, propiedad del Gobierno de los Estados Unidos de América y gestionada por el Departamento de Defensa, que proporciona un servicio de posicionamiento para todo el globo terrestre.  Cada uno de estos 24 satélites, situados en una órbita geoestacionaria a unos 20.000 Km. De la Tierra y equipados con relojes atómicos transmiten ininterrumpidamente la hora exacta y su posición en el espacio. Definición De G.P.S.
  4. 4.  Esto es, a grandes rasgos, el sistema GPS. A partir de esto, los receptores GPS reciben esos datos que, una vez procesados, nos muestran.  La antigua Unión Soviética construyó un sistema similar llamado GLONASS, ahora gestionado por la Federación Rusa.  Actualmente la Unión Europea está desarrollando su propio sistema de posicionamiento por satélite, denominado Galileo.  A su vez, la Republica Popular De China está implementando su propio sistema de navegación, el denominado Beidou, que prevén que cuente con entre 12 y 14 satélites entre 2011 y 2015. Para 2020, ya plenamente operativo deberá contar con 30 satélites. En abril de 2011 tenían 8 en órbita.
  5. 5.  Desde la antigüedad del ser humano a sentido gran curiosidad por el posicionamiento de la tierra en el universo y del hombre dentro de ella es por eso que desde las tempranas eras comenzamos con el estudio de nuestra posición muchos fueron los astrónomos y filósofos que dedicaron tiempo a este tema como Galileo y platón para referirnos a algunos, hasta comienzos de los años 50 del siglo pasado los mapas cartográficos eran el elemento mas desarrollado en este ámbito y fue cuando países potencia como estados unidos y la unión soviética decidieron desarrollar el sistema de posicionamiento por medio de satélites. En 1957, Unión Soviética la lanzó al espacio el satélite Spukni, 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.
  6. 6.  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 quedó operativo en 1964, y hacia 1967 estuvo disponible, además, para uso comercial.  Las actualizaciones de posición, en ese entonces, se encontraban disponibles cada 40 minutos y el observador debía permanecer casi estático para poder obtener información adecuada.  Posteriormente, en esa misma década y gracias al desarrollo de los relojes atómicos, se diseñó una constelación de satélites, portando cada uno de ellos uno de estos relojes y estando todos sincronizados con base en una referencia de tiempo determinado.
  7. 7.  En 1973 se combinaron los programas de la Armada y el de la Fuerza Aérea De Estados Unidos (este último consistente en una técnica de transmisión codificada que proveía datos precisos usando una señal modulada con un código de PRN (Pseudo-Random Noise: ruido pseudo-aleatorio), en lo que se conoció como Navigation Technology Program (programa de tecnología de navegación), 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, a la que se declaró con «capacidad operacional inicial» en diciembre de 1993 y con «capacidad operacional total» en abril de 1995.  En 2009, este país ofreció el servicio normalizado de determinación de la posición para apoyar las necesidades de la OACI, y ésta aceptó el ofrecimiento. Historia Del G.P.S.
  8. 8.  Como hemos dicho anteriormente, los receptores GPS reciben la información precisa de la hora y la posición del satélite. Exactamente, recibe dos tipos de datos, los datos del Almanaque, que consiste en una serie de parámetros generales sobre la ubicación y la operatividad de cada satélite en relación al resto de satélites de la red, esta información puede ser recibida desde cualquier satélite, y una vez el receptor GPS tiene la información del último Almanaque recibido y la hora precisa, sabe donde buscar los satélites en el espacio; la otra serie de datos, también conocida como Efemérides, hace referencia a los datos precisos, únicamente, del satélite que está siendo captado por el receptor GPS, son parámetros orbitales exclusivos de ese satélite y se utilizan para calcular la distancia exacta del receptor al satélite. Cuando el receptor ha captado la señal de, al menos, tres satélites calcula su propia posición en la Tierra mediante la triangulación de la posición de los satélites captados, y nos presentan los datos de Longitud, Latitud y Altitud calculados. Los receptores GPS pueden recibir, y habitualmente lo hacen, la señal de más de tres satélites para calcular su posición. En principio, cuantas más señales recibe, más exacto es el cálculo de posición. Descripción Del Sistema G.P.S.
  9. 9.  Teniendo en cuenta que la concepción inicial de este sistema era hacer un uso militar del mismo, debemos señalar que los receptores que podemos encontrar en el mercado son para uso civil, y que éstos quedan sujetos a una degradación de precisión que oscila de los 15 a los 100 metros RMS o 2DRMS1 en función de las circunstancias geoestratégicas del momento, según la interpretación del Departamento de Defensa de los EE.UU., quien gestiona y proporciona este servicio. Esta degradación queda regulada por el Programa de Disponibilidad Selectiva del Departamento de Defensa de los EE.UU. o SA (Selective Availability) y, como hemos indicado antes, introduce un error en la transmisión de la posición para los receptores de uso civil. Esto es, naturalmente, para mantener una ventaja estratégica durante las operaciones militares que lo requieran.  De todo esto se deduce que, habitualmente, los receptores GPS tienen un error nominal en el cálculo de la posición aproximadamente 15 m. RMS que puede aumentar hasta los 100 m. RMS cuando el Gobierno de los EE.UU. lo estime oportuno. Descripción Del Sistema G.P.S.
  10. 10. Descripción Del Sistema G.P.S.
  11. 11.  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.  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" (Coarse Acquisition) o 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" Señal Del G.P.S
  12. 12.  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 inscripta 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.  Veamos que información transmite la onda portadora "L1“ y “L2” en el siguiente esquema: Señal Del G.P.S.
  13. 13. Señal Del G.P.S. Señales Del GPS Señal Pseudo-Random Code El Estado de la Señal o Mensajes de Navegación. código "P" (Preciso). código "C/A" (Coarse Acquisition) o de "Adquisición Común".
  14. 14.  El Sistema de Posicionamiento Global (Global Positioning System, G.P.S.) fue concebido para determinar posiciones en tierra, mar, aire o en el espacio, partiendo de las posiciones conocidas de una constelación de satélites.  Cada satélite emite una señal que es continuamente registrada por un receptor en la superficie terrestre. De este modo, si el reloj de que disponen tanto el satélite como el receptor están sincronizados, se podrá calcular el tiempo de viaje de la señal, al saber en que momento se emite la señal en el satélite y en que momento se recibe en el receptor. Fundamentos del G.P.S. Multiplicando este tiempo por la velocidad de la luz hallaremos la distancia entre cada satélite y receptor. Cada distancia define una esfera con centro en el satélite, y la intersección de 3 esferas nos daría analíticamente la posición del punto a través de sus 3 coordenadas tridimensionales (X, Y, Z).
  15. 15.  No obstante, es muy difícil que los relojes u osciladores de los satélites y el receptor estén perfectamente sincronizados, ya que la precisión del reloj del receptor es menor que la del satélite. Para solucionar este problema necesitaremos medidas desde al menos 4 satélites. El G.P.S. se divide en tres segmentos: segmento espacial, segmento de control y segmento usuario. El segmento espacial contiene los satélites emisores de las señales, conocidos como Constelación NAVSTAR ( NAVigation Satellite Timing And Ranging), que consta de un mínimo de 24 satélites dispuestos en 6 planos orbitales, con 55º de inclinación con respecto al Ecuador. Dispone además de algunos satélites de recambio, por si alguno de los que están en funcionamiento fallasen. Fundamentos del G.P.S.
  16. 16.  Los satélites están a una altura de 20.200 kilómetros, y actúan como un punto de referencia conocido, transmitiendo información utilizando dos frecuencias de referencia L1=1575.42 MHz y L2=1227.60 MHz. Sobre estas frecuencias se modulan 2 códigos, llamados C/A y P. El código C/A, (Clear/Acces o Course/Acquisition), está disponible para todos los usuarios mientras que el código P (Precision-code), se reserva para usos militares.  Los satélites están distribuidos de manera que garanticen al menos 4 satélites visibles desde cualquier punto del mundo, las 24 horas del día.  El segmento de control es quien gobierna el sistema, a través de 5 estaciones situadas en Tierra con gran precisión. Estas estaciones son Hawái, Colorado Springs, Isla de Ascensión en el Atlántico Sur, Diego García en el Índico y Kwajalein en el Pacífico Norte. Estas estaciones realizan un seguimiento continuo de los satélites y pueden realizar cambios en la información transmitida por los satélites.  Por último, el sector usuario está constituido por todos los equipos utilizados para la recepción de las señales emitidas por los satélites y empleados para el posicionamiento, para la navegación o para la determinación del tiempo con precisión. Fundamentos del G.P.S.
  17. 17.  El G.P.S. es utilizado en múltiples campos como la geodesia, geofísica, geodinámica, astronomía, meteorología, topografía o cartografía. También se utiliza en la navegación marina, aérea o terrestre, en la sincronización del tiempo, para controlar flotas y maquinaría, en la localización automática de vehículos o en la exploración y en los deportes de aventura.
  18. 18.  La posición calculada por un receptor GPS requiere en el instante actual, la posición del satélite y el retraso medido de la señal recibida. La precisión es dependiente de la posición y el retraso de la señal.  Al introducir el atraso, el receptor compara una serie de bits (unidad binaria) recibida del satélite con una versión interna. Cuando se comparan los límites de la serie, las electrónicas pueden meter la diferencia a 1% de un tiempo BIT, o aproximadamente 10 nanosegundos por el código C/A. Desde entonces las señales GPS se propagan a la velocidad de luz, que representa un error de 3 metros. Este es el error mínimo posible usando solamente la señal GPS C/A.  La precisión de la posición se mejora con una señal P(Y). Al presumir la misma precisión de 1% de tiempo BIT, la señal P(Y) (alta frecuencia) resulta en una precisión de más o menos 30 centímetros. Los errores en las electrónicas son una de las varias razones que perjudican la precisión (ver la tabla).  Puede también mejorarse la precisión, incluso de los receptores GPS estándares (no militares) mediante software y técnicas de tiempo real. Esto ha sido puesto a prueba sobre un sistema global de navegación satelital (GNSS) como es el NAVSTAR-GPS. La propuesta se basó en el desarrollo de un sistema de posicionamiento relativo de precisión dotado de receptores de bajo costo. La contribución se dio por el desarrollo de una metodología y técnicas para el tratamiento de información que proviene de los receptores.
  19. 19.  Retraso de la señal en la ionosfera y la troposfera  Señal multirruta, producida por el rebote de la señal en edificios y montañas cercanos.  Errores de orbitales, donde los datos de la órbita del satélite no son completamente precisos.  Número de satélites visibles.  Geometría de los satélites visibles.  Errores locales en el reloj del GPS. FUENTE EFECTO Ionosfera ± 3 m Efemérides ± 2,5 m Reloj satelital ± 2 m Distorsión multibandas ± 1 m Troposfera ± 0,5 m Errores numéricos ± 1 m o menos
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