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TEMA 10
                 METODOS DE
                OBSERVACIÓN




VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   1
Clasificación de los métodos de observación

La elección del método dependerá fundamentalmente de:

       Equipo disponible
       Precisión final que se quiere alcanzar
       Relación de costes

Se puede hacer una amplia clasificación en función de muchas
 variables. Una clasificación tradicional sería:

     En función del observable utilizado
          Código (metros)
          Código y Fase (centímetros, milímetros)

     En función del movimiento del receptor

              Estático, receptores no móviles (mayor precisión y tiempo)
              Cinemático, receptor se desplaza durante la observación
              Hibridos, combina los dos anteriores
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En función del tipo de solución


     Posicionamiento absoluto: coordenadas de un punto aislado, X,
    Y, Z.
     Posicionamiento relativo o diferencial: coordenadas de un punto
    con respecto a otro, ∆X, ∆Y, ∆Z.


En función de la disponibilidad de la solución


     Tiempo Real, cálculo y solución en campo.
     Post-proceso, cálculo y solución a posteriori, en oficina.




     VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   3
En un amplio sentido de la palabra, estas técnicas se pueden clasificar
en tres clases, mezclando los conceptos anteriores:

1.-Navegación autónoma = Posicionamiento Absoluto por código,
empleando sólo un receptor simple. Precisión: 5 – 10 m (sin SA).

        Aplicaciones: navegación

2.- GPS Diferencial por Código = DGPS, exige corrección (a las
pseudodistancias o a las coordenadas). Precisión 0,5 – 5 m.

        Aplicaciones: Navegación costera, adquisición de datos para
        SIG, inventarios georreferenciados, revisión de cartografía de
        escalas medias (1:10.000, 1:25.000, 1:50.000), agricultura
        automatizada, movimientos de maquinaria de obra civil, …

3.- Posicionamiento Diferencial de Fase, Precisión 0,1 m - 5 mm.

        Aplicaciones: Geodesia, Topografía, Geodinámica, control de
        deformaciones, control preciso de maquinaria automática...
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Posicionamiento absoluto con código

  Es la técnica más sencilla empleada por los receptores GPS para
proporcionar instantáneamente al usuario la posición y/o tiempo.

   Un único receptor: solución de una intersección inversa de todas
las pseudodistancias receptor-satélite sobre el lugar de estación en
un período de observación dado.

  Precisión nominal: 5 m (sin SA).

  La medida y la solución directas en t real o por solución MMCC.

   Posición en coordenadas absolutas y en el sistema de referencia
al que están referidos los satélites.

  Receptores de bajo coste (sólo código) para navegación o
aplicaciones con poca exigencia de precisión.

  VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   5
Posicionamiento Relativo o Diferencial

    Dos receptores (al menos) están simultáneamente observando
satélites comunes, para establecer las ecuaciones de simples y dobles
diferencias.

   De los dos, uno de ellos ha de estar en un punto de coordenadas
conocidas o bien asignarle unas aleatorias, pero consideradas fijas.

   Se determinan los incrementos de coordenadas.

    Ventaja: eliminación de errores, especialmente el retardo
ionosférico y troposférico, si consideramos de la misma magnitud en el
mismo instante de observación en puntos no muy alejados.

   Dentro de este método, múltiples combinaciones en función del
observable, movimiento o no de los receptores, etc.


    VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   6
GPS Diferencial - DGPS
Posicionamiento Relativo o
  Diferencial
•   Si se usa sólo código, la
    precisión en la distancia está
    entre 0.5 m y 5 m
•   Elimina el error de los satélites
•   Minimiza los retardos
    atmosféricos
•   También se puede utilizar en
    Post-proceso ó Tiempo real,
    Estático o Cinemático
                                                                         Baselinea o Vec
                                                                                        tor GPS
                                                                A                                         B


     VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006       7
GPS Diferencial - Fundamento

  Estación Base
                                                     Posición GPS

     Vector diferencia entre
     Posición verdadera y
     posición GPS
                                                                   Vector diferencial Posición
                                                                   obtenido en la       GPS
                                                                   Estación Base y
                                                                   aplicado a la
                                                                   posición del Móvil
Posición
verdadera
(conocida)
                                                Posición
                                               verdadera
                                              (corregida)                               Móvil
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GPS Diferencial

El equipo móvil en el punto desconocido que se quiere
determinar.

Ambos deben observar los mismos satélites.

El equipo base calcula el error:
    - función de los datos recibidos y la posición conocida

Las ‘correcciones diferenciales’ de la base se aplican a la posición
del móvil.
 – El método es tanto más preciso cuanto mas iguales sean las
    condiciones de ambos equipos (limitado por la distancia a la
    base).



  VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   9
GPS Diferencial

    Se eliminan:
      – Errores de reloj SV
      – Error orbital
      – SA
    Se disminuye:
      – Efecto de la ionosfera 10 veces
      – Efecto de la troposfera 2 veces
    Se mantiene:
      – Multipath y ruido del receptor




VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   10
Tipos GPS Diferencial
    Según tipo de corrección aplicada:
    - Pseudodistancias
    - Coordenadas
    Según el proceso:
    - Directa
    - Inversa
    Según disponibilidad o no instantánea:
    - Post-proceso
    - Tiempo real
    Según observable:
    - Código (tradicionalmente DGPS)
    - Transmisión de diferencia de fase (RTK)

                         (En general, combinación de varias)
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Tipos de Corrección Diferencial
• Corrección de pseudodistancia
    – La "estación base" genera una corrección para cada una de las
      pseudodistancias observadas (PRC - Pseudo Range Correction) y
      su variación con el tiempo (RRC Range Rate Correction), época a
      época, para los satélites observados.
    – El equipo móvil aplica estas correcciones sobre los satélites que
      esté utilizando para calcular su posición. Este es el método más
      correcto.
• Corrección por posición
    – Se utiliza cuando la estación móvil y base no observan la misma
      constelación.
    – Se calcula la diferencia de latitud, longitud y altura elipsoidal en la
      "estación base" para aplicársela al móvil.
    – Es el método más sencillo pero tiene el incoveniente de que sólo si
      en la base y el el móvil se usan los mismos satélites (constelación
      idéntica) puede considerarse correcta.

  VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   12
Tipos de Corrección Diferencial

• Corrección diferencial directa
   – Proceso normal. La estación móvil recoge las correcciones
     diferenciales y las aplica sobre sus observaciones obteniendo
     su posición corregida
• Corrección diferencial inversa
   – Se suele aplicar en control de flotas.
   – Los datos recogidos por los distintos móviles se envían a un
     centro de control que dispone de correcciones diferenciales (o
     las obtiene mediante una "estación base") y las aplica a todos
     ellos obteniendo su posición corregida.
   – En este tipo de tecnología el móvil suele desconocer su
     posición corregida.


 VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   13
Corrección a Postproceso




         Punto                                                                         Punto a
        conocido                                                                       levantar
VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   14
Corrección en Tiempo Real




    Punto                                                             Punto que se quiere
   conocido                                                                levantar
VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   15
POSICIONAMIENTO DIFERENCIAL: DGPS

Dos grandes grupos: con código y con fase (mayor o menor
precisión).

Posicionamiento relativo o diferencial con código (DGPS)

   Resolviendo sistemas en simples diferencias, donde las
incógnitas son las tres coordenadas de los puntos y el estado de
reloj de los receptores en cada época.

  Los resultados obtenidos con este método de posicionamiento
son excelentes (~ 1 m), incluso con distancias mayores de 200
Km.




  VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   16
Las aplicaciones más comunes del DGPS con código son:

       Navegación de precisión.

      Levantamientos y apoyo para cartografías de escalas menores
     de 1/5000.

      Confección              y    actualización            de      sistemas          de      información
     geográfica.

       Todo trabajo en general que no requiera precisiones < 1 m.




     VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006     17
DGPS con medidas de código


La medida de código en una estación base A desde el satélite j en una
época t0 puede ser modelada como:
                                                                             (1)
         R A (t 0 ) = ρ A (t 0 ) + ∆ρ A (t 0 ) + ∆ρ j (t 0 ) + ∆ρ A (t 0 )
           j            j             j



donde:

    • ρ A (t 0 ) es la medida geométrica de pseudodistancia.
        j


    • ∆ρ A (t 0 ) es el error de la medida dependiente de la estación base
           j


    terrestre así como de la posición del satélite (efectos de
    refracción...).
    • ∆ρ j (t 0 ) es el error dependiente únicamente del satélite (por
    ejemplo, error del reloj del satélite).
    • ∆ρ A (t 0 ) es el error dependiente únicamente del receptor (por ej.
    error del reloj del receptor, multipath...).




   VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   18
La corrección a la pseudodistancia para el satélite j en la época t0 es
definida por la relación:


  PRC j (t 0 ) = ρ A (t 0 ) − R A (t 0 ) = − ∆ρ A (t 0 ) − ∆ρ j (t 0 ) − ∆ρ A (t 0 )
                   j            j               j
                                                                                                   (2)


la cual puede calcularse a partir de la medida geométrica real ρ A (t 0 )
                                                                                               j

obtenida a partir de la posición conocida de la estación de referencia y las
                              j
efemérides transmitidas y R A (t 0 ) es la cantidad medida.
Además de la corrección a la pseudodistancia PRCj(t0), se calcula en la
estación base también su derivada con el tiempo RRCj(t0).
Ambas correcciones están referidas a la época de referencia t0 y son
transmitidas a la estación B (“rover” o móvil) en tiempo real.

En B la corrección a la pseudodistancia es predicha para la observación en
la época t usando la relación:

                 PRCj(t) = PRCj(t0) + RRCj(t0) (t – t0)                            (3)

donde la cantidad (t – t0) es conocida como “latencia”.

Es evidente que la precisión que se puede conseguir se incrementa para
pequeñas variaciones de las correcciones de pseudodistancia y cuanto
más pequeña sea la latencia.
  VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006     19
Considerando la expresión general (1) para el punto B y la época t, la
medida de pseudodistancia de código puede ser modelada como:


                    RBj (t ) = ρ Bj (t ) + ∆ρ Bj (t ) + ∆ρ j (t ) + ∆ρ B (t )   (4)


Aplicando la corrección a la pseudodistancia predicha PRCj (t) a la
expresión (3) a la medida de pseudodistancia en el punto B, resulta:

                      R Bj (t ) CORR = R Bj (t ) + PRC j (t )                   (5)

o bien sustituyendo (4) en la corrección a la pseudodistancia según
(2) y (3), respectivamente se llega a:

                                      [                       ]
           R Bj (t ) CORR = ρ Bj (t ) + ∆ρ Bj (t ) − ∆ρ A (t ) + [∆ρ B (t ) − ∆ρ A (t )]
                                                        j
                                                                                             (6)

donde los errores dependientes del satélite se han cancelado.




 VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   20
Para distancias moderadas entre la base y el rover, los errores satélite-
receptor están altamente correlados.
Por ello, la influencia de los errores orbitales radiales y la refracción
son reducidos considerablemente.
Despreciando esos errores, la ecuación (6) se simplifica a:

                             R Bj (t ) CORR = ρ Bj (t ) + ∆ρ AB (t )

Siendo:

                               ∆ρ AB (t ) = ∆ρ B (t ) − ∆ρ A (t )

Si no existe error por multipath, este término se convierte en el error
de reloj del receptor, en términos de distancia, queda:


                        ∆ρ AB (t ) = cδ AB (t ) = cδ B (t ) − cδ A (t )




 VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   21
Variación de la corrección de la pseudodistancia (PRC y RRC)

                                                                                                                                                                                                                         70
                                                                             57                                                                                                                                          60
                                                                                                                                                                                                                         50
                                                                                                                                                                                                                         40
                                                                             50
                                                                              464849                         464909
                                                                                                                                                                                                                         30




                                                                                                                                                                                                                               m etros
                                                                                                                                                                                                                         20
                                                                                                                                                                                                                         10
                                                                                                                                                                                                                         0
                                                                                                                                                                                                                         -10
                                                                                                                                                                                                                         -20
                                                                                                                                                                                                                         -30
                                                                                                                                                                                                                         -40
462600
         462752
                  462904
                            463056
                                     463208
                                              463360
                                                       463512
                                                                463664
                                                                         463816
                                                                                  463968
                                                                                           464120
                                                                                                    464272
                                                                                                             464424
                                                                                                                      464576
                                                                                                                               464728
                                                                                                                                        464880
                                                                                                                                                 465032
                                                                                                                                                          465184
                                                                                                                                                                   465336
                                                                                                                                                                            465488
                                                                                                                                                                                     465640
                                                                                                                                                                                              465792
                                                                                                                                                                                                       465944
                                                                                                                                                                                                                466096
                                                                                             Segundo GPS

                                                                                                    PRC                 RRC



                           VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006                                                                                                   22
Variación de la corrección de la pseudodistancia
                                         (PRC y RRC) S/A des.

2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
     462600
              462651
                        462702
                                 462753
                                          462804
                                                   462855
                                                            462906
                                                                     462957

                                                                              463008
                                                                                       463059
                                                                                                463110
                                                                                                         463161

                                                                                                                  463212
                                                                                                                           463263
                                                                                                                                    463314
                                                                                                                                             463365
                                                                                                                                                      463416
                                                                                                                                                               463467
                                                                                                                                                                        463518

                                                                                                                                                                                 463569
                                                                                                                                                                                          463620
                                                                                                                                                                                                   463671
                                                                                                                                                                                                            463722
                                                                                                PRC
                                                                                                RRC x 50


                       VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006                                                                                        23
Posicionamiento GPS Diferencial de Fase

•   Posición del receptor móvil B en
    relación    con    el   receptor
    referencia A
     – Las coordenadas de la estación
       de referencia A son conocidas
     – Se recogen datos de 4 o más
       satélites en ambos receptores
•   Elimina el error de los satélites y
    los receptores
•   Minimiza               los            retardos
    atmosféricos
•   Precisión 5 mm + 1 ppm con
                                                                         Baselinea o Vec
    código y fase                                                                       tor GPS
                                                                A                                         B
•   Post-proceso ó Tiempo                       real,
    Estático o Cinemático
     VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006       24
Posicionamiento Diferencial de Fase
Estático
•   Método clásico para grandes distancias y el que ofrece mayor
    precisión: 5mm + 1ppm en la longitud de la baselinea o vector
    GPS
     – Medida baselinea a baselinea con observaciones de una o
       más horas, cerrando figuras geométricas
     – El t de observación es proporcional a la longitud de la linea


•   Aplicaciones
     – Controles Geodésico en zonas amplias
     – Redes Nacionales o Continentales
     – Movimientos Tectónicos - Geodinámica
     – Ajustes de redes de la máxima precisión


       VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   25
Posicionamiento Diferencial de Fase
    Estático Rápido

•    Observación en periodos cortos de tiempo (minutos) sin exceder
     una cierta longitud máxima de baselinea (20 km).
•    Utiliza unos algoritmos simplificados de resolución de la
     ambigüedad inicial.
•    Precisión 10mm +1ppm


•    Aplicaciones
      – Levantamientos de Control, Inventarios, GIS, levantamientos
         de detalle. Reemplaza a las poligonales y las pequeñas
         triangulaciones locales.
      – Ventajas: Rapidez, facilidad, eficiencia.
      – Ideal para pequeñas distancias

      VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   26
Para una mayor redundancia de observaciones se disminuyen los
intervalos de medida que se usan normalmente en el estático (de 15,
20 o 30 segundos se suele pasar a 1 o 3 segundos).

  La ventaja del método es que es sencillo, rápido y preciso.

   No requiere mantener el contacto con los satélites entre estaciones y
la precisión final está en 10 mm± 1 ppm, haciéndolo ideal para redes o
levantamientos en pequeñas distancias.

  Se suelen distinguir dos modalidades a su vez dentro de este:
       a) Modo estático rápido ocupando sólo una estación.
       b) Modo estático rápido reocupando una segunda estación al
       cabo de más o menos una hora.

  Es en el modo a) donde se requiere de técnicas rápidas de
resolución de ambigüedades, como por ejemplo combinación de código
y portadora en receptores de código P de doble frecuencia o métodos
de búsqueda de ambigüedades con 6 o más satélites.
     VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   27
Dependiendo del tipo de receptor y cobertura de satélites, basta
con t de observación de 8 minutos.


   En el método b) cada estación tiene que ser ocupada
nuevamente después de un intervalo de t entre 50 y 120 min,
siendo el t de obs de una estación más corto, unos 3 o 4 min.


   La idea básica radica en el hecho de que se requieren datos de
una configuración geométrica diferente para resolver (asegurar)
las ambigüedades.




   VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   28
Se considera a ambos conjuntos de datos como un solo conjunto
con un cycle slip intermedio, que puede ser fijado con técnicas de
triples y dobles dif.


   Sin embargo, la fijación de un salto de ciclo con un lapso mayor
de 30 min funciona sólo si se dispone de una alta calidad de datos
(nivel bajo de ruido y efectos bajos de multipath) y si ocupaciones
repetidas de las estaciones son exactamente las mismas (buen
estacionamiento).


  A estos métodos también se les suele llamar pseudocinemáticos.




  VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   29
Posicionamiento Diferencial de Fase
Estático Rápido
•   Paso 1
     – Estacionar receptor referencia en la estación “BASE” de
       coordenadas conocidas
     – Instalar una nueva estación “Ref2” con otro receptor
                                   7                             6
                                                                                       5
                Ref3

                                                                           4
     3
                                                                                            Ref2
             BASE


         2                                                                            1
     VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   30
Posicionamiento Diferencial de Fase
Estático Rápido
•   Paso 2
     – Usar las estaciones “BASE” y “Ref2” como Estaciones de
       Referencia
     – Con un tercer receptor estacionar en los puntos 1,2,3,4 y 5
                                                                  6
                                    7
                                                                                        5
                 Ref3

                                                                            4
     3
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             BASE


         2                                                                             1
     VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   31
Posicionamiento Diferencial de Fase
    Estático Rápido
•    Paso 3
      – Cuando se llega al límite de distancia del método se cambian las
        referencias
      – Estacionar el receptor referencia en un punto ya levantado: “4”
      – Establecer una nueva estación “Ref3” con un receptor móvil
                                                                      6
                                        7
                                                                                            5
                      Ref3

                                                                                4
         3
                                                                                                 Ref2
                  BASE


              2
        VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 1 Junio 2006
                                                                                             16             32
Posicionamiento Diferencial de Fase
Estático Rápido
•   Paso 4
     – Usar las estaciones “4” y “Ref3” como Estaciones Referencia
     – Con la tercera unidad, levantar las estaciones 3, 5, 6 y 7

                                     7                             6

                                                                                         5
                  Ref3

                                                                             4
     3
                                                                                              Ref2
              BASE


          2                                                                             1
     VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   33
Método "Stop and Go" o semicinemático

  Con el receptor móvil se realiza una parada de unas pocas épocas,
después nos dirigimos al siguiente punto y actuamos de igual modo.

  El procedimiento se mantendrá hasta completar el trabajo o hasta
sufrir una pérdida de señal que obligue a inicializar otra vez.

  Precisión del método: entre 1 y 5 cm (dependiendo L1 o L1&L2).

  Se hace una resolución de ambigüedades inicial en el punto (de
coordenadas conocidas o no), y a partir de ahí, nos vamos moviendo al
resto de los puntos.

   Se puede considerar que no hay ninguna diferencia entre los
métodos estáticos y los cinemáticos cuando se han resuelto y guardado
las ambigüedades: la medición cinemática puede ser entendida como
"la transferencia de ambigüedades de una estación a otra".

   VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   34
Posicionamiento Diferencial de Fase
    Stop and Go (Parar y Seguir)
•    Paso 1: Modo Stop
      – Antes de empezar hay que resolver la
        ambigüedad inicial
      – Existen tres variantes para resolverla:
         • Inicialización Estática
         • Inicialización en un punto conocido,
           inicializador
         • Antena Swap
                                                                                     Inicialización
                                                                                        Estática
                                                                                 del receptor móvil =
                                                                                    Resolución de
        Estación Referencia
                                                                                  Ambigüedad Inicial en
                                                                                     Postproceso
      VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   35
Posicionamiento Diferencial de Fase
Stop and Go
•   Paso 2: Modo Go
     – Una vez se han recogido suficientes datos para
       resolver las ambigüedades, se puede empezar
       a mover el receptor sin desconectarlo




                                                                             Receptor móvil
       Estación Referencia                                                    Inicializado

     VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   36
Posicionamiento Diferencial de Fase
    Stop and Go                                                                     Receptor
                                                                                     móvil
• Desarrollo: Modo Go
                                                   4                                                      5
   – Resueltas las ambigüedades se comienza a
      visitar los puntos a levantar
                                                                                                     3
   – Se tiene que mantener el seguimiento continuo
      de al menos 4 satélites
   – Cada punto requiere sólo una época
   – Si se pierde el seguimiento hay que volver a                                                         2
      reinicializar
• Aplicaciones                                                                                   1
   – Levantamientos de
      Detalle en areas abiertas

       Estación Referencia

     VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006       37
Antes de empezar hay que resolver la ambigüedad inicial. Existen
tres variantes para resolverla:

   -Inicialización Estática, en un punto cualquiera con una pequeña
   observación estática.

   -Inicialización en un punto conocido, inicializador, de menor
   periodo de tiempo.

   - Cambio de antena (antenna swapping): se situan dos receptores
   en dos estaciones cercanas. Una estación es de coordenadas
   conocidas, puesto que es la estación de referencia. La segunda se
   selecciona arbitrariamente. Se observan datos comunes
   aproximadamente un minuto. Después se intercambian las
   antenas, manteniendo la fijación de fase de los satélites
   observados y nuevamente se recolectan datos durante un minuto.

La mayoría de los fabricantes incluyen estos tres posibles métodos de
inicialización.
     VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   38
El método semicinemático o "stop and go" es muy eficiente en
áreas abiertas, donde no se espere pérdida de señal.

   En caso de pérdida de señal y no poder ser recuperada, se tiene
que empezar nuevamente con la medición con un paso nuevo de
inicialización, el receptor móvil tiene que volver a la última marca
coordenada de la medición.

  Es esencial que en tal caso, el receptor avise de la pérdida de
señal.

  Quizás este método haya perdido validez y uso debido a la
aparición en los últimos años de equipos RTK (Real Time
Kinematic), con mucha más versatilidad en el funcionamiento y con
un rendimiento muy superior en topografía.




  VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   39
Posicionamiento Diferencial de Fase
Cinemático normal
•   Paso 1: Modo Stop
     – Inicialización estática del receptor móvil
         • Inicialización
         • Baselínea conocida, inicializador
         • Swap de antenas




     VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   40
Posicionamiento Diferencial de Fase
Cinemático normal
•          Paso 2: Modo Movimiento
            – Una vez hay suficientes datos para resolver
              ambigüedades, el receptor se puede mover
            – Mantener seguimiento al menos a 4 satélites
            – El receptor móvil registra datos con un intervalo
              especificado
            – Si hay pérdida de seguimiento, hay que volver a
              reinicializar




                                                                                                                                                            2
                                                                                                                                                            23
                                                23




                                                                                                                                                  23
                                      2
                                      23




                                                                                                     23




                                                                                                                                                                        2
                                                                                                                                                                        23
                                                                                                                                       23
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                                                                                           2
                                                                                           23




                                                                                                                            23
                2
                23




                                                                                                                 23
    2
    23




                                                                                23
                                                                       23
                                                            23
                                                 3:




                                                                                                                                                   3
                                                                                                      3:




                                                                                                                             3:
                                                                                 3:
                                                                        3:




                                                                                                                                                               :
                                                   :




                                                                                                        :




                                                                                                                                                   :1
                                       :1
                                       :1




                                                                                                                                                                         :1
                                                                                                                                          :
                                                                                                                                          :
                              :




                                                                                            :1




                                                                                                                               :
                   :




                                                                                                                    :
                                                                                                                    :
       :




                                                                                   :
                                                               :




                                                                                                                                                              1
                                                                                                                                                              10
                                                  10




                                                                                                       10




                                                                                                                                         1
                                                                                                                                         10
                             10




                                                                                                                              10
                                                                                             10
                  1
                  10




                                                                                                                   10
                                                                                  10
      10
      10




                                                                        10
                                                              10
                                                   0:




                                                                                                                                                     0
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                                                                                                                                                                 :
                                                     :




                                                                                                          :
                                                                                                          :
                                          :




                                                                                                                                            :26
                                :16




                                                                                                                                 :24
                                                                                                :
                     :14




                                                                                     :16




                                                                                                                      : 2
                                                                                                                      :22
         :12




                                                                 :12




                                                                                                                                                                             3
                                                                                                                                                                             30
                                                                                                                                                       2
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               VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006                                                                 41
Posicionamiento Diferencial de Fase
Cinemático

•   Levantamiento continuo
•   Requiere planeamiento minucioso para evitar
    obstáculos a los satélites
•   Hay que mantener seguimiento continuo a 4 satélites
•   Apto para
     – areas abiertas y despejadas de vegetación
     – trabajos no críticos
•   Necesita inicialización del equipo móvil
     – 5-10 minutos parado para resolver
       posteriormente ambigüedades en postproceso




     VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   42
Método cinemático con resol N en mov: OTF

   Para muchos objetivos es necesario det las coordenadas precisas de
la trayectoria del receptor GPS móvil a lo largo de la trayectoria.

  Ej: levantamiento de la traza de una carretera para actualización de
cartografía o vuelo cinemático FGM (det coord centros de proyección).

  No se puede aceptar una ruptura de la conexión sin la posibilidad de
recuperación de la pérdida de la relación de fase de la señal o
ambigüedades, mientras la antena se halle en movimiento.

  Es necesario un método independiente de la técnica de inicialización
estática que incluya la capacidad de recuperar la pérdida de fase y de
resolver ambigüedades durante el movimiento: resolución de
ambigüedades en movimiento o "on the fly" (OTF).

  La precisión llega a ser de unos 10 cm e incluso mejor en
condiciones muy favorables de configuración de sat, sin multipath...
     VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   43
Posicionamiento Diferencial de Fase
Resolución de Ambigüedades en
  Movimiento (OTF: On the Fly)
•   Paso 1: Modo Movimiento
     – Si se mantiene seguimiento a un mínimo de 5 satélites en
       L1 y L2 durante un cierto intervalo de tiempo mientras el
       receptor se va moviendo, se pueden resolver las
       ambigüedades posteriormente
                                  23
                                     :
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     VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   44
Posicionamiento Diferencial de Fase

Resolución de Ambigüedades en Movimiento (OTF)

•   Modo Movimiento
     – Si se pierde seguimiento por algún obstáculo, se podrá
       resolver nuevamente ambigüedades si se vuelve a
       registrar suficiente cantidad de datos con 5 satélites en L1
       y L2, una vez recuperada la señal




                                                                    23
                                                                    23
                                                                    23
                                                                    23
                                  23
                                  23




                                                                    23
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                                                                    23




                                                                    23 0 : 2
                                                                    23 0 : 2
                                                                 23
                                                                 23
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                                23




                                                                       :1
                                                                       :1
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                                                                       :1
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                                                                       :1
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                                     :1
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                                                                       :1
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                                                                       :1
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                                                                          0:
                                                                          0:


                                                                          0:
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                                                                          0:
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                                                                          0:
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                                                                          0:
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                                        0:
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                                                                             30
                                                                             30
                                                                             26
                                                                             26
                                                                             27
                                                                             27
                                                                             24
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                                           16
                                           16
                                           18
                                           18


                                                                             22
                                                                             22
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                                           12




     VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   45




                                                                              8
                                                                              8
Posicionamiento Diferencial de Fase
Resolución de Ambigüedades en Movimiento (OTF)

•   Trayectorias en áreas abiertas con pocas obstrucciones o de
    difícil inicialización.
•   No requiere inicialización estática
•   Puede capturar los mismos elementos que el cinemático
•   Si perdiéramos SVs se reinicializaría al volver a recuperar 5
•   Precisión del orden del cm
•   Aplicaciones:
     – Vuelos fotogramétricos
     – Levantamientos de carreteras
     – Levantamientos hidrográficos



    VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   46
Cinemático en Tiempo Real (RTK)
   Proporciona mayor eficacia, versatilidad, precisión y rendimiento para todo
tipo de trabajos de topografía.

  Es una forma de obtener los resultados una vez procesadas las
observaciones (aun en t real).

  El procesamiento de estas observaciones puede ser realizado con un
software post-proceso, previa inserción de los datos de observación
necesarios, ya sea en campo o en gabinete.

  El cálculo puede ser realizado de forma inmediata a la recepción de las
observaciones y ser efectuado por la unidad de control, obteniendo las
coordenadas en el instante, es decir, en tiempo real.

   Transmisión de las diferencias de fase de un receptor a otro en t real a
través de radio-modem.



     VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   47
Se incorporan los algoritmos de cálculo de los software post-
proceso, o parte de ellos, a los controladores para este tipo de
aplicaciones.
   Permite edición de datos de un levantamiento en campo, replanteo,
y todo tipo de labores en los cuales sea necesario el conocimiento de
las coordenadas de los puntos en tiempo real.




    VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   48
Inconvenientes:

  Imposibilidad de chequear los ficheros de observación.

  La limitación de los radiomodem de emisión y transmisión de datos:
  licencias de frecuencias y potencias de señal permitidas. Un equipo que
  funcione con 0,5 w, que está permitido por las autoridades, está
  limitado a un radio de acción de unos pocos Km (7-8 Km con
  seguridad), lo que limita el rendimiento del trabajo. Sin embargo, con
  potencias de señal mayores se puede llegar a trabajar en radios de
  hasta 50 km.

  Limitación en las correcciones de tipo atmosférico.

  Limitación en los procesos de transformación de coordenadas

  Pobre tratamiento e información estadística.

  Escasa manipulación de los parámetros de cálculo.

Las ventajas compensan y con creces estos ligeros inconvenientes que no
  lo son tanto en labores de topografía (pequeñas distancias, datum
  locales, etc), que es donde más arraigo tienen estos equipos.


 VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   49
Fases del trabajo en tiempo real con módulo RTK.

  Equipo de trabajo mínimo: dos equipos de observación (sensor y
antena), dos radio-modem (transmisor y receptor) y un controlador en la
unidad móvil con un software de proceso de datos.

  Estacionamiento del equipo de referencia (sensor, antena y
radiomodem transmisor), fijo.

  El radiomodem transmisor transmite sus datos de observación por
radio al receptor incorporado en el equipo móvil, que a su vez
almacenará en la unidad de control.

  El controlador calcula la posición del móvil en tiempo real.

   En ocasiones la inicialización es muy rápida y con una fiabilidad muy
alta, pero conviene comprobar las coordenadas obtenidas sobre un
punto conocido para verificar que la inicialización ha sido correcta.


     VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   50
Actualmente, los equipos RTK son de doble frecuencia, pero también
    se pueden utilizar receptores que únicamente colectan L1.
Los procedimientos RTK para resolución de ambigüedades siguen un
    procedimiento que suele ser:
     1.     Definir un área de búsqueda basado en una solución
            aproximada.
     2.     Chequear estadísticamente todas las posibles soluciones
            dentro de ese área.
     3.     Seleccionar la mejor solución entre todas de acuerdo a
            criterios estadísticos, por ejemplo, criterio de mínima
            varianza.
     4.     Validar la solución elegida de acuerdo a criterios estadísticos
            o por comparación con la segunda solución mejor candidata.




 VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   51
DGPS con medidas de fase
Recordamos que la ecuación de observaciones de fase, en ciclos,
puede escribirse como:

                                       1
                         Φ ij (t ) =       ρ i j (t ) + N i j + f j ∆δ i j (t )
                                       λ

donde:


    • ρ i (t ) es la pseudodistancia para medidas de fase que mide el
                j

    receptor (parte entera ciclos + fase propiamente dicho).
    • λ es la longitud de onda.
            j
    • N i es la ambigüedad de fase, independiente de t y es un
    número entero.
            j
    •   f           es la frecuencia de la señal del satélite.
    • ∆δ i (t ) es el error de reloj combinado satélite-receptor.
          j




 VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   52
Si generalizamos esa expresión, la medida (esta vez en términos de
distancia) en la estación base A en la época t0 puede ser modelada
como:
           λΦ A (t 0 ) = ρ A (t 0 ) + ∆ρ A (t 0 ) + ∆ρ j (t 0 ) + ∆ρ A (t 0 ) + λN A
              j            j             j                                         j




donde, por analogía con el modelo de código:
    •   ρ A (t 0 )
          j
                     es la d geométrica sat – rec en la estación base A.
    • ∆ρ A (t 0 ) es el conjunto de errores dep. del conjunto sat – rec.
         j


    • ∆ρ (t 0 ) son los errores dependientes del satélite.
        j


    • ∆ρ A (t 0 ) son los errores dependientes del receptor.

Consecuentemente, la corrección a la medida de fase en la época de
referencia t0 será:

        PRC j (t 0 ) = ρ A (t 0 ) − λΦ A (t 0 ) = −∆ρ A (t 0 ) − ∆ρ j (t 0 ) − ∆ρ A (t 0 ) − λN A
                         j             j              j                                         j




Como vemos, la formulación de las correcciones a las medidas de
fase en la estación A así como la aplicación de las correcciones
predichas a la fase observada en la estación “rover” B se lleva a cabo
exactamente igual que en el caso de las medidas de código.
  VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   53
Y la medida de fase corregida:

                 λΦ B (t ) CORR = ρ Bj (t ) + ∆ρ AB (t ) + λN AB
                    j                                         j


donde     ∆ρ AB (t ) = ∆ρ B (t ) − ∆ρ A (t )
                     j
y el término N AB son las simples diferencias de ambigüedades de fase.


Si se elimina el multipath, el término ∆ρ AB (t ) simboliza el error de reloj
combinado satélite – receptor, que, escalado a distancia sería:


                            ∆ρ AB (t ) = cδ AB (t ) = cδ B (t ) − cδ A (t )
El posicionamiento en el punto B (rover)                                es    mejorado         con     la
pseudodistancia de fase corregida λΦ B (t) CORR
                                     j




  VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006        54
La configuración básica para DGPS con medidas de fase es idéntica
que para posicionamiento cinemático con medida de fase.


Evidentemente, las aplicaciones más precisas de DGPS son estas,
en las que se realizan medidas de fase y en las que se hace una
resolución de ambigüedades inicial en t real en la estación base.


Esto se suele hacer con las denominadas técnicas OTF (On-The-Fly)
de resolución de ambigüedades, en las que son necesarios al menos
5 satélites comunes en la base y en el rover.


Si la latencia es prácticamente cero, el diferencial DGPS con fase es
lo que se denomina RTK (Real Time Kinematic).




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Tiempos de observación

•   Estático
     Longitud          Número de                          Tiempo
                                           GDOP                                     Precisión
      Línea             Satélites                       Observación
                            =                =
                                             < 6
    20 - 50 Km              > 4                            2 - 3 hr.             5 mm + 1ppm
                            =                =
                                             < 6
    50 - 100 Km             > 4                            min. 3 hr.            5 mm + 1ppm
                            =
     > 100 Km               > 4              < 6
                                             =             min. 4 hr.            5 mm + 1ppm


• Estático-Rapido
    Longitud           Número de                          Tiempo
                                           GDOP                                     Precisión
      Línea             Satélites                       Observación
                            =
     0 - 5 Km               > 4              =
                                             < 5           5 - 10 min         5 - 10 mm + 1ppm
                            = 4              =
    5 - 10 Km               >                < 5          10 - 15 min         5 - 10 mm + 1ppm
                            =
    10 - 20 Km              > 4              < 5
                                             =            10 - 30 min         5 - 10 mm + 1ppm


     VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   56
Tiempos de observación
• Stop and Go
   – Para fijar las ambigüedades se realiza con un estático rápido. Si
     es con punto conocido, se inicializa con pocos segundos.

• Cinemático
   – Para fijar las ambigüedades se realiza con un estático rápido. El
     levantamiento se realiza en movimiento.
                             Intervalos de observación
                                   Método                Intervalos típicos


                                 Estático                     15 - 30 seg.
                             Estático-Rápido                   3 -5 seg.
                               Stop and Go                     1 - 5 seg.
                             Cinemático, OTF                 1 seg. o más

      VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   57
Precisiones esperables
               CARACTERÍSTICAS DE LOS MÉTODOS DE TRABAJO CON GPS
  Método Núm.            Tiempo de        Precisión típica       Otras característica
                 mín.   observación
                Satéls
Estático          4 De minutos a horas     5 mm + 1 ppm Límite 15 Km para una
                                                             frecuencia. Sin límite con
                                                             dos
Es t á t ic o - 4 5-20 minutos              1cm + 1 ppm
Rápido
Cinemático        4 2 épocas                2 cm + 2 ppm     Lí m i t e     15       Km .
                                                             Reinicialización si hay
                                                             pérdida de señal
Cinemático 4 2 épocas                       2 cm + 2 ppm     Límite 10 Km. Enlace por
en tiempo                                                    radio. Reinicialización si hay
real RTK                                                     pérdida de señal
Difer encial 2D: 3 1 posición/segundo Asistido de fase: < 1m Recepción de correcciones
DGPS           3D: 4                   Sin fase: 1-4 m       diferenciales o postproceso
Autónomo 1D: 2 1 posición/segundo Con SA: 100 m              Sólo se necesita un receptor
               2D: 3                   Sin SA: 4-10 m
               3D: 4
       VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   58
Metodología vs. Aplicación
                   TIPO DE APLICACIÓN DEL GPS
Levantamientos de Control
       Levantamientos Topográficos
            Replanteos
                  Posicionamiento rápido de precisión
                         Levantamientos para SIG
                               Navegación
                                    MÉTODO DE TRABAJ      O
                                    GPS Estático
                                    GPS Estático-Rápido
                                    GPS Cinemático
                                    GPS Cinemático en tiempo real
                                    GPS Diferencial
                                    GPS Autónomo
       Aplicación de uso principal del procedimiento
    VIIProcedimient o auxiliar o de apoyo - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006
        Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI para la aplicación                           59
Precisiones en GPS




VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   60
SERVICIOS DGPS

Numerosas instituciones públicas están instalando servicios públicos
de posicionamiento DGPS a través de la emisión de correcciones
diferenciales de estaciones permanentes GPS por diferentes
medios.
Dentro de estos servicios, según el tipo de correcciones envíadas, el
nivel de precisión y sobre todo, el ámbito de cobertura, podemos
distinguir dos variantes:


             • redes WADGPS de satélites.
             • correcciones de redes locales.




VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   61
WADGPS
Bajo la denominación de redes WADGPS (Wide Area Differential GPS) se
agrupan los sistemas que proveen correcciones diferenciales a los
usuarios a partir de satélites geoestacionarios.
Las correcciones troposféricas e ionosféricas son las que normalmente
se transmiten en forma de parámetros de corrección de coordenadas.




  VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   62
EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service)
EGN


Para el ámbito de la Unión Europea se dispondrá a principios de 2006
del sistema EGNOS, que transmite correcciones diferenciales e
ionosféricas, así como otros servicios de aumentación e integridad a
través de satélites geoestacionarios.
Desarrollado por las principales agencias aeronáuticas de Europa bajo
la dirección de la ESA (Agencia Espacial Europea).
El sistema está compuesto por tres segmentos:


            •      Segmento espacial
            •      Segmento terrestre
            •      Segmento usuario (receptores EGNOS)




 VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   63
Esquema de funcionamiento de EGNOS
VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   64
El sistema EGNOS proporcionará las siguientes funciones, que
constituyen las aumentaciones requeridas para complementar las
prestaciones de la constelación GPS/GLONASS:


• Telemetría / GEO Ranging (R-GEO): Transmisión de señales GPS
desde tres satélites geoestacionarios (INMARSAT III AOR-E,
INMARSAT III IOR y el ARTEMIS). Al aumentar el número de satélites
de navegación, aumentará la disponibilidad, continuidad y precisión.

• Integridad / GNSS Integrity Channel (GIC): Distribución de
información de integridad. Esto aumentará la integridad del servicio de
seguridad GPS/GLONASS/EGNOS de navegación hasta el nivel
requerido para la aviación civil (no precisión).

• Precisión / Wide Area Differential (WAD): Distribución de
correcciones diferenciales. Esto incrementará la exactitud del servicio
GPS/GLONASS/EGNOS de navegación y las prestaciones en general
hasta alcanzar el nivel exigido para aproximaciones de categoría I.




  VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   65
Con el desarrollo de estas funciones, se pueden identificar tres niveles
de servicio en la utilización del GPS/GLONASS más EGNOS:


NIVEL 1: Nivel preoperacional. Consistirá en la transmisión de
señales similares al GPS desde los satélites GEO (telemetría). Con el
aumento del número de satélites disponibles se incrementará la
disponibilidad.
 NIVEL 2: Suministro del servicio de telemetría y de integridad
(mediante la emisión de información de integridad). El aumento de
integridad permitirá que el servicio cumpla los requerimientos de la
aviación civil.
 NIVEL 3: Suministro del servicio de telemetría, integridad y precisión
(mediante la emisión de correcciones diferenciales).




 VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   66
Extensión de EGNOS para Latinoamérica


Los satélites INMARSAT–III, AOR-E e HISPASAT (todavía no incluido
en el sistema EGNOS) tienen cobertura sobre Latinoamérica, por lo
que sería posible recibir ambas señales en esa región.
Asimismo, existe la posibilidad de recibir la señal del satélite AOR-W
(perteneciente al sistema WAAS estadounidense), en un principio
interoperable con las señales europeas.




                                   AOR-E
                                  (E GNOS )




                     A OR-W
                     (W A A S )                                    IOR
                                                                (E GNOS )




                                              HIS P A S A T


  VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   67
La posible extensión de EGNOS a Latinoamérica se realizaría
mediante el despliegue en esa región de estaciones terrestres
específicas.
Se ha llevado a cabo un estudio preliminar para determinar el
número y localización de estaciones RIMS necesarias para
proporcionar un servicio NPA (aproximaciones de no-precisión) en
Latinoamérica.
Suponiendo doble cobertura de satélites geoestacionarios en el área
de servicio latinoamericana (INMARSAT-III, AOR-E e HISPASAT2B),
se necesitarían 6 RIMS para proporcionar un servicio de esas
características. corroborar los resultados obtenidos.
Similar a EGNOS, en América del Norte se dispone de WAAS (Wide
Area Augmentation System), de la Administración Federal de Aviación
(FAA).
WAAS es un sistema de aumentación denominado SBAS (Satellite-
Based Augmentation System) basado en las correcciones generadas
en 25 estaciones terrestres y su diseminación vía satélite.




 VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   68
Mensajes RTCM
Aunque la mayor parte de fabricantes desarrollaron su propio formato
para la transmisión de correcciones diferenciales, el formato está
estandarizado desde 1985, de acuerdo a la propuesta de la Radio
Technical Commission for Maritime Services, Comité 104.
El estándar es conocido como formato RTCM.
Hay 64 tipos de mensajes disponibles, aunque la mayoría aún no han
sido definidos. Se definirán, por ejemplo, para satélites
geoestacionarios, GALILEO, etc.
Actualmente se está ya en la versión 3.0.
            - La versión 2.0 incluye mensajes para hacer posible la
            corrección a las pseudodistancias y variación con el tiempo a
            la corrección de éstas.
            - La versión 2.1 contiene además tipos para las correcciones
            a las medidas de fase.




VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   69
Formato de RTCM
    • El formato de los mensajes consiste en secuencias de palabras de
    30 bits.
    • Los últimos 6 bits en cada palabra son los bits de paridad.
    • Cada mensaje comienza con dos palabras cabecera.
    • La primera palabra es fija y contiene lo que se denomina
    preámbulo (preamble), el tipo de mensaje, y el identificador de la
    estación de referencia.
    • La segunda palabra contiene la marca de tiempo en forma de
    cuenta Z, el número de secuencia, la longitud de mensaje y la salud
    de la estación de referencia.
    • En algunos mensajes hay una tercera palabra.
    • Los mensajes 1-17 estaban disponibles en la versión 2.0,
    • Los mensajes 18-21 contienen cabeceras de 3 palabras, fueron
    añadidos en la versión 2.1 y tienen como propósito el
    posicionamiento RTK (Real Time Kinematic, Cinemático en Tiempo
    Real) de aplicación en receptores que admitan esta técnica.
    • Los mensajes GLONASS se incluyeron en la versión 2.2.


 VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   70
NÚMERO
             ESTADO
  DE                                      TÍTULO
             ACTUAL
MENSAJE
   1           Fixed      Differential GPS Corrections
   2           Fixed      Delta Differential GPS Corrections           • Los mensajes 18 y 19
   3           Fixed      Reference Station Parameters                 contienen la observación de
   4          Retired     Surveying                                    fase y código en la estación
   5           Fixed      Constellation Health
                                                                       de     ref.  y     son     los
   6           Fixed      Null Frame
   7           Fixed      Beacon Almanacs
                                                                       fundamentales             para
   8         Tentative    Pseudolite Almanacs                          posicionamiento relativo.
                          Partial Satellite Set Differencial
   9           Fixed
                          Corrections
                                                                       • Los mensajes 20 y 21
  10         Reserved     P-Code Differential Corrections (all)        contienen las correcciones a
  11         Reserved     C/A-Code L1, L2 Delta Corrections            las         correspondientes
  12         Reserved     Pseudolite Station Parameters                medidas, y sirven por tanto,
  13         Tentative    Ground Transmitter Parameters
                                                                       para RTK.
  14         Reserved     Surveying Auxiliary Message
  15         Reserved     Ionosphere (Troposphere) Message             • Los mensajes 1 y 2 son los
  16           Fixed      Special Message                              que se utilizan en DGPS
  17         Tentative    Ephemeris Almanac
                          Uncorrected Carrier Phase
                                                                       (código).
  18         Tentative
                          Measurements
                          Uncorrected Pseudorange
  19         Tentative
                          Measurements
  20        Tentative     RTK Carrier Phase Corrections
  21        Tentative     RTK Pseudorange Corrections
 22-58      Undefined
  59        Tentative     Proprietary Message
 60-63      Reserved      Multipurpose Usage

       VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   71
Formas de transmisión de correcciones diferenciales en
DGPS. Ejemplos en el Instituto Geográfico Nacional.

Las instituciones públicas deben suministrar servicios públicos de DGPS
en diferentes modalidades y medios de transmisión.

1. DGPS sobre radio analógica (RDS): proyecto RECORD.

El proyecto RECORD (Red Española de CORrecciones Diferenciales)
consiste en la difusión de correcciones diferenciales GPS a través de la
subportadora no audible RDS (Radio Data System, Sistema de Datos en
Radio) de las emisoras de Radio Nacional de España (RNE).

La corrección diferencial GPS de código, obtenida a partir del observable
de pseudodistancia suavizada con fase, se dispone en formato RTCM
SC104.

A continuación, es comprimida en formato RASANT 2.6 (Radio Aided
Satellite Navigation Technique).

En este formato se envía a RNE y lo incorpora a la señal FM.

Un receptor FM/RDS/RASANT descomprime y proporciona las
correcciones originales RTCM SC04 integrables en la gran mayoría de
receptores GPS.
  VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   72
• El sistema tiene monitorización integrada. Para ello se ha instalado en
el IGN un triple equipo GPS (2RS+IM) asegurando la fiabilidad,
continuidad e integridad de las correcciones.
• Las correcciones diferenciales en formato RTCM se generan y
comprimen en el IGN, donde son enviadas a RNE.
• En RNE se integran en el servidor RDS encargado de transmitir y
mezclar las distintas tramas RDS.
• Desde RNE se inyectan en el satélite Hispasat y se difunden a los
centros emisores.
• Las distintas emisoras FM difunden las correcciones diferenciales que
reciben de Hispasat según el esquema de la figura.
 VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   73
Los potenciales usuarios para la explotación del sistema necesitan un
receptor FM/RDS/RASANT.
Este receptor sintoniza la emisora más adecuada, eligiéndola entre toda
la banda o de una tabla programable residente en el receptor y, realiza
la decodificación de RASANT a formato RTCM utilizable por la mayoría
de los receptores o sensores GPS.


VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   74
2. DGPS sobre radio digital (DBS).
Se han realizado con éxito pruebas de transmisión de correcciones
diferenciales mediante radio digital DAB (Digital Audio Broadcasting)
utilizando el canal de datos no asociado al audio (NPAD), enviando
mensajes RTCM de código (Tipo 1) y de fase RTK (tipos 18 al 21).
Los test realizados con baselínea cero y equipos de doble frecuencia
con capacidad de determinar ambigüedades sin inicialización (OTF)
muestran una calidad centimétrica en el posicionamiento.




  VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   75
La gran incógnita en esta forma de transmisión es saber el éxito de la
radio digital en los usuarios. La tecnología está disponible, pero no se han
lanzado al mercado masivamente los equipos receptores de radio digital.
Ventajas de este sistema:
    • Calidad de audio comparable a la de un CD.
    • La señal no sufre atenuación.
    • No sufre interferencias debido al multipath.
    • Equipos de radio más amigables.
    • Los programas tienen más información integrada,no solo audio.
    • Es posible añadir información de terceros.
El protocolo de transferencia MOT (Multimedia Object Transfer protocol)
permite difundir:
    • Datos generales: MIME/HTTP
    • Imágenes: JPG,GIF,JFIF y BMP
    • Texto (ASCII, ISO 646,ISO 8859-1)
    • HTML (ISO 8859-1)
    • Multimedia: MPEG (ISO/IEC 13522), Java
    • Archivos genéricos (TDC Transparent Data Channel)
   VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   76
Las aplicaciones dentro de nuestro campo son innumerables:
     • transmisión de cartografía en tiempo real.
     • transmisión de correcciones diferenciales en fase (permitiendo
     el posicionamiento centimétrico)
     • levantamientos y replanteos en tiempo real apoyados en
     cartografía o en SIG interactivamente,
     • datos de alerta, como información sísmica incluyendo
     cartografía, información de prensa, parámetros del sismo, etc.




 VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   77
3. DGPS sobre Internet (DGPSIP): proyecto EUREF-IP.
(http://igs.ifag.de/euref_realtime.htm)


Con el incremento de capacidad de transmisión de Internet se han
desarrollado aplicaciones para la transmisión continua de datos.
Las aplicaciones DGPS sobre Internet, aunque requieren un flujo continuo
de datos, no necesitan un ancho de banda muy grande.
La subcomisión EUREF de la AIG ha puesto en marcha el proyecto
EUREF-IP: transmisión de datos brutos GPS y correcciones diferenciales
de código y fase en formato RTCM.
La recepción de correcciones diferenciales se realiza a través de cualquier
equipo que tenga acceso a Internet: ordenador, PDA con GPRS, etc.
El ancho de banda requerido para aplicaciones de código se cifra en unos
50 bytes/segundo mientras que en fase (RTK) unos 500 bytes/segundo.
(las aplicaciones usuales de teleconferencia o Internet-Radio necesitan
unos 5-20Kbit/segundo).




  VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   78
• Diseminación de datos GPS       (DGPS) en forma de correcciones
diferenciales para posicionamiento preciso y navegación RTCM con
mensajes 1-3 para DGPS y 18/19 o 20/21 para RTK.
• Es posible difundir cualquier “stream” de datos sin limitación alguna; en
la actualidad se están transmitiendo tanto correcciones GPS como
EGNOS, datos brutos, efemérides ultra-rápidas o incluso datos sísmicos.
• NTRIP es la tecnología para transferir datos GNSS (por ejemplo
correcciones RTCM) mediante redes de Internet o de telefonía móvil.
• Los test realizados no muestran una pérdida significativa                                           de
prestaciones comparado con el uso de otros medios de transporte.
• El software NTRIP se ha desarrollado dentro de EUREF bajo licencia
GNU y en la actualidad existe un grupo de trabajo dentro del comité 104
de RTCM entre cuyos fines se encuentra hacer de NTRIP un estándar
internacional.
• En el mercado hay multitud de software (libre o comercial) para la
transmisión de correcciones a través de Internet.




 VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006        79
En las pruebas, se resolvieron ambigüedades, en tan sólo 18 segundos.
Muchos receptores ya incorporan en sus menús el protocolo NTRIP.
15 Estaciones de la ERGPS tienen implementado EUREF-IP.
Existe un caster en el IGN de dirección 80.38.104.84.
Programa cliente en http://igs.ifag.de/ntrip_down.htm (GNSS Internet Radio).




   VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   80
Más información:
                                                 http://igs.ifag.de             Proyecto NTRIP




VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006   81
Para acceder a los datos se puede descargar el programa cliente
          disponible para varias plataformas (Linux, Windows o Windows CE) en
          http://igs.ifag.de/ntrip_down.htm y escoger de la lista de servidores.
          Existen multitud de implementaciones comerciales en receptores GPS
          que ya incorporan NTRIP en el propio menú del receptor.
          Se han realizado diversos test, tanto en modo dinámico como estático,
          con excelentes resultados.
          Ejemplo significativo: se fijaron ambigüedades estando a 22 km de la
          referencia y en tan solo 18 segundos, utilizando un receptor GPS de
          doble frecuencia conectado a un teléfono móvil GPRS.


DistRef    E Dif     N Dif      h Dif         #SV   Tiempo     E Dif     N Dif    h Dif      #SV      Tiempo    Punto
5015       -0.008    0.006      0.028         10    429        -0.020    -0.111 0.197        10       51        BM5
10403      0.003     0.008      0.046         6     105        0.247     0.299    0.768      6        541       BM10
10403      0.014     0.023      0.022         8     357        0.147     -0.369 0.036        8        82        BM10
14649      -0.014    0.055      0.008         5     460        0.286     0.051    1.000      5        192       BM15
14649      -0.041    0.034      0.010         9     374        -0.009    0.073    0.442      9        8         BM15
20493      0.010     -0.008     0.020         7     362        -0.464    -0.304 -3.164 7              11        VILLE
20640      0.007     0.021      0.021         9     134        -0.745    0.283    -0.163 8            89        VILLT
27568      Nofix                                               0.156     -0.493 0.342        8        600       Lomo
                              Solución fija                                   Solución flotante


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Métodos de observación gps

  • 1. TEMA 10 METODOS DE OBSERVACIÓN VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 1
  • 2. Clasificación de los métodos de observación La elección del método dependerá fundamentalmente de: Equipo disponible Precisión final que se quiere alcanzar Relación de costes Se puede hacer una amplia clasificación en función de muchas variables. Una clasificación tradicional sería: En función del observable utilizado Código (metros) Código y Fase (centímetros, milímetros) En función del movimiento del receptor Estático, receptores no móviles (mayor precisión y tiempo) Cinemático, receptor se desplaza durante la observación Hibridos, combina los dos anteriores VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 2
  • 3. En función del tipo de solución Posicionamiento absoluto: coordenadas de un punto aislado, X, Y, Z. Posicionamiento relativo o diferencial: coordenadas de un punto con respecto a otro, ∆X, ∆Y, ∆Z. En función de la disponibilidad de la solución Tiempo Real, cálculo y solución en campo. Post-proceso, cálculo y solución a posteriori, en oficina. VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 3
  • 4. En un amplio sentido de la palabra, estas técnicas se pueden clasificar en tres clases, mezclando los conceptos anteriores: 1.-Navegación autónoma = Posicionamiento Absoluto por código, empleando sólo un receptor simple. Precisión: 5 – 10 m (sin SA). Aplicaciones: navegación 2.- GPS Diferencial por Código = DGPS, exige corrección (a las pseudodistancias o a las coordenadas). Precisión 0,5 – 5 m. Aplicaciones: Navegación costera, adquisición de datos para SIG, inventarios georreferenciados, revisión de cartografía de escalas medias (1:10.000, 1:25.000, 1:50.000), agricultura automatizada, movimientos de maquinaria de obra civil, … 3.- Posicionamiento Diferencial de Fase, Precisión 0,1 m - 5 mm. Aplicaciones: Geodesia, Topografía, Geodinámica, control de deformaciones, control preciso de maquinaria automática... VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 4
  • 5. Posicionamiento absoluto con código Es la técnica más sencilla empleada por los receptores GPS para proporcionar instantáneamente al usuario la posición y/o tiempo. Un único receptor: solución de una intersección inversa de todas las pseudodistancias receptor-satélite sobre el lugar de estación en un período de observación dado. Precisión nominal: 5 m (sin SA). La medida y la solución directas en t real o por solución MMCC. Posición en coordenadas absolutas y en el sistema de referencia al que están referidos los satélites. Receptores de bajo coste (sólo código) para navegación o aplicaciones con poca exigencia de precisión. VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 5
  • 6. Posicionamiento Relativo o Diferencial Dos receptores (al menos) están simultáneamente observando satélites comunes, para establecer las ecuaciones de simples y dobles diferencias. De los dos, uno de ellos ha de estar en un punto de coordenadas conocidas o bien asignarle unas aleatorias, pero consideradas fijas. Se determinan los incrementos de coordenadas. Ventaja: eliminación de errores, especialmente el retardo ionosférico y troposférico, si consideramos de la misma magnitud en el mismo instante de observación en puntos no muy alejados. Dentro de este método, múltiples combinaciones en función del observable, movimiento o no de los receptores, etc. VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 6
  • 7. GPS Diferencial - DGPS Posicionamiento Relativo o Diferencial • Si se usa sólo código, la precisión en la distancia está entre 0.5 m y 5 m • Elimina el error de los satélites • Minimiza los retardos atmosféricos • También se puede utilizar en Post-proceso ó Tiempo real, Estático o Cinemático Baselinea o Vec tor GPS A B VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 7
  • 8. GPS Diferencial - Fundamento Estación Base Posición GPS Vector diferencia entre Posición verdadera y posición GPS Vector diferencial Posición obtenido en la GPS Estación Base y aplicado a la posición del Móvil Posición verdadera (conocida) Posición verdadera (corregida) Móvil VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 8
  • 9. GPS Diferencial El equipo móvil en el punto desconocido que se quiere determinar. Ambos deben observar los mismos satélites. El equipo base calcula el error: - función de los datos recibidos y la posición conocida Las ‘correcciones diferenciales’ de la base se aplican a la posición del móvil. – El método es tanto más preciso cuanto mas iguales sean las condiciones de ambos equipos (limitado por la distancia a la base). VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 9
  • 10. GPS Diferencial Se eliminan: – Errores de reloj SV – Error orbital – SA Se disminuye: – Efecto de la ionosfera 10 veces – Efecto de la troposfera 2 veces Se mantiene: – Multipath y ruido del receptor VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 10
  • 11. Tipos GPS Diferencial Según tipo de corrección aplicada: - Pseudodistancias - Coordenadas Según el proceso: - Directa - Inversa Según disponibilidad o no instantánea: - Post-proceso - Tiempo real Según observable: - Código (tradicionalmente DGPS) - Transmisión de diferencia de fase (RTK) (En general, combinación de varias) VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 11
  • 12. Tipos de Corrección Diferencial • Corrección de pseudodistancia – La "estación base" genera una corrección para cada una de las pseudodistancias observadas (PRC - Pseudo Range Correction) y su variación con el tiempo (RRC Range Rate Correction), época a época, para los satélites observados. – El equipo móvil aplica estas correcciones sobre los satélites que esté utilizando para calcular su posición. Este es el método más correcto. • Corrección por posición – Se utiliza cuando la estación móvil y base no observan la misma constelación. – Se calcula la diferencia de latitud, longitud y altura elipsoidal en la "estación base" para aplicársela al móvil. – Es el método más sencillo pero tiene el incoveniente de que sólo si en la base y el el móvil se usan los mismos satélites (constelación idéntica) puede considerarse correcta. VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 12
  • 13. Tipos de Corrección Diferencial • Corrección diferencial directa – Proceso normal. La estación móvil recoge las correcciones diferenciales y las aplica sobre sus observaciones obteniendo su posición corregida • Corrección diferencial inversa – Se suele aplicar en control de flotas. – Los datos recogidos por los distintos móviles se envían a un centro de control que dispone de correcciones diferenciales (o las obtiene mediante una "estación base") y las aplica a todos ellos obteniendo su posición corregida. – En este tipo de tecnología el móvil suele desconocer su posición corregida. VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 13
  • 14. Corrección a Postproceso Punto Punto a conocido levantar VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 14
  • 15. Corrección en Tiempo Real Punto Punto que se quiere conocido levantar VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 15
  • 16. POSICIONAMIENTO DIFERENCIAL: DGPS Dos grandes grupos: con código y con fase (mayor o menor precisión). Posicionamiento relativo o diferencial con código (DGPS) Resolviendo sistemas en simples diferencias, donde las incógnitas son las tres coordenadas de los puntos y el estado de reloj de los receptores en cada época. Los resultados obtenidos con este método de posicionamiento son excelentes (~ 1 m), incluso con distancias mayores de 200 Km. VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 16
  • 17. Las aplicaciones más comunes del DGPS con código son: Navegación de precisión. Levantamientos y apoyo para cartografías de escalas menores de 1/5000. Confección y actualización de sistemas de información geográfica. Todo trabajo en general que no requiera precisiones < 1 m. VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 17
  • 18. DGPS con medidas de código La medida de código en una estación base A desde el satélite j en una época t0 puede ser modelada como: (1) R A (t 0 ) = ρ A (t 0 ) + ∆ρ A (t 0 ) + ∆ρ j (t 0 ) + ∆ρ A (t 0 ) j j j donde: • ρ A (t 0 ) es la medida geométrica de pseudodistancia. j • ∆ρ A (t 0 ) es el error de la medida dependiente de la estación base j terrestre así como de la posición del satélite (efectos de refracción...). • ∆ρ j (t 0 ) es el error dependiente únicamente del satélite (por ejemplo, error del reloj del satélite). • ∆ρ A (t 0 ) es el error dependiente únicamente del receptor (por ej. error del reloj del receptor, multipath...). VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 18
  • 19. La corrección a la pseudodistancia para el satélite j en la época t0 es definida por la relación: PRC j (t 0 ) = ρ A (t 0 ) − R A (t 0 ) = − ∆ρ A (t 0 ) − ∆ρ j (t 0 ) − ∆ρ A (t 0 ) j j j (2) la cual puede calcularse a partir de la medida geométrica real ρ A (t 0 ) j obtenida a partir de la posición conocida de la estación de referencia y las j efemérides transmitidas y R A (t 0 ) es la cantidad medida. Además de la corrección a la pseudodistancia PRCj(t0), se calcula en la estación base también su derivada con el tiempo RRCj(t0). Ambas correcciones están referidas a la época de referencia t0 y son transmitidas a la estación B (“rover” o móvil) en tiempo real. En B la corrección a la pseudodistancia es predicha para la observación en la época t usando la relación: PRCj(t) = PRCj(t0) + RRCj(t0) (t – t0) (3) donde la cantidad (t – t0) es conocida como “latencia”. Es evidente que la precisión que se puede conseguir se incrementa para pequeñas variaciones de las correcciones de pseudodistancia y cuanto más pequeña sea la latencia. VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 19
  • 20. Considerando la expresión general (1) para el punto B y la época t, la medida de pseudodistancia de código puede ser modelada como: RBj (t ) = ρ Bj (t ) + ∆ρ Bj (t ) + ∆ρ j (t ) + ∆ρ B (t ) (4) Aplicando la corrección a la pseudodistancia predicha PRCj (t) a la expresión (3) a la medida de pseudodistancia en el punto B, resulta: R Bj (t ) CORR = R Bj (t ) + PRC j (t ) (5) o bien sustituyendo (4) en la corrección a la pseudodistancia según (2) y (3), respectivamente se llega a: [ ] R Bj (t ) CORR = ρ Bj (t ) + ∆ρ Bj (t ) − ∆ρ A (t ) + [∆ρ B (t ) − ∆ρ A (t )] j (6) donde los errores dependientes del satélite se han cancelado. VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 20
  • 21. Para distancias moderadas entre la base y el rover, los errores satélite- receptor están altamente correlados. Por ello, la influencia de los errores orbitales radiales y la refracción son reducidos considerablemente. Despreciando esos errores, la ecuación (6) se simplifica a: R Bj (t ) CORR = ρ Bj (t ) + ∆ρ AB (t ) Siendo: ∆ρ AB (t ) = ∆ρ B (t ) − ∆ρ A (t ) Si no existe error por multipath, este término se convierte en el error de reloj del receptor, en términos de distancia, queda: ∆ρ AB (t ) = cδ AB (t ) = cδ B (t ) − cδ A (t ) VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 21
  • 22. Variación de la corrección de la pseudodistancia (PRC y RRC) 70 57 60 50 40 50 464849 464909 30 m etros 20 10 0 -10 -20 -30 -40 462600 462752 462904 463056 463208 463360 463512 463664 463816 463968 464120 464272 464424 464576 464728 464880 465032 465184 465336 465488 465640 465792 465944 466096 Segundo GPS PRC RRC VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 22
  • 23. Variación de la corrección de la pseudodistancia (PRC y RRC) S/A des. 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 462600 462651 462702 462753 462804 462855 462906 462957 463008 463059 463110 463161 463212 463263 463314 463365 463416 463467 463518 463569 463620 463671 463722 PRC RRC x 50 VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 23
  • 24. Posicionamiento GPS Diferencial de Fase • Posición del receptor móvil B en relación con el receptor referencia A – Las coordenadas de la estación de referencia A son conocidas – Se recogen datos de 4 o más satélites en ambos receptores • Elimina el error de los satélites y los receptores • Minimiza los retardos atmosféricos • Precisión 5 mm + 1 ppm con Baselinea o Vec código y fase tor GPS A B • Post-proceso ó Tiempo real, Estático o Cinemático VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 24
  • 25. Posicionamiento Diferencial de Fase Estático • Método clásico para grandes distancias y el que ofrece mayor precisión: 5mm + 1ppm en la longitud de la baselinea o vector GPS – Medida baselinea a baselinea con observaciones de una o más horas, cerrando figuras geométricas – El t de observación es proporcional a la longitud de la linea • Aplicaciones – Controles Geodésico en zonas amplias – Redes Nacionales o Continentales – Movimientos Tectónicos - Geodinámica – Ajustes de redes de la máxima precisión VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 25
  • 26. Posicionamiento Diferencial de Fase Estático Rápido • Observación en periodos cortos de tiempo (minutos) sin exceder una cierta longitud máxima de baselinea (20 km). • Utiliza unos algoritmos simplificados de resolución de la ambigüedad inicial. • Precisión 10mm +1ppm • Aplicaciones – Levantamientos de Control, Inventarios, GIS, levantamientos de detalle. Reemplaza a las poligonales y las pequeñas triangulaciones locales. – Ventajas: Rapidez, facilidad, eficiencia. – Ideal para pequeñas distancias VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 26
  • 27. Para una mayor redundancia de observaciones se disminuyen los intervalos de medida que se usan normalmente en el estático (de 15, 20 o 30 segundos se suele pasar a 1 o 3 segundos). La ventaja del método es que es sencillo, rápido y preciso. No requiere mantener el contacto con los satélites entre estaciones y la precisión final está en 10 mm± 1 ppm, haciéndolo ideal para redes o levantamientos en pequeñas distancias. Se suelen distinguir dos modalidades a su vez dentro de este: a) Modo estático rápido ocupando sólo una estación. b) Modo estático rápido reocupando una segunda estación al cabo de más o menos una hora. Es en el modo a) donde se requiere de técnicas rápidas de resolución de ambigüedades, como por ejemplo combinación de código y portadora en receptores de código P de doble frecuencia o métodos de búsqueda de ambigüedades con 6 o más satélites. VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 27
  • 28. Dependiendo del tipo de receptor y cobertura de satélites, basta con t de observación de 8 minutos. En el método b) cada estación tiene que ser ocupada nuevamente después de un intervalo de t entre 50 y 120 min, siendo el t de obs de una estación más corto, unos 3 o 4 min. La idea básica radica en el hecho de que se requieren datos de una configuración geométrica diferente para resolver (asegurar) las ambigüedades. VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 28
  • 29. Se considera a ambos conjuntos de datos como un solo conjunto con un cycle slip intermedio, que puede ser fijado con técnicas de triples y dobles dif. Sin embargo, la fijación de un salto de ciclo con un lapso mayor de 30 min funciona sólo si se dispone de una alta calidad de datos (nivel bajo de ruido y efectos bajos de multipath) y si ocupaciones repetidas de las estaciones son exactamente las mismas (buen estacionamiento). A estos métodos también se les suele llamar pseudocinemáticos. VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 29
  • 30. Posicionamiento Diferencial de Fase Estático Rápido • Paso 1 – Estacionar receptor referencia en la estación “BASE” de coordenadas conocidas – Instalar una nueva estación “Ref2” con otro receptor 7 6 5 Ref3 4 3 Ref2 BASE 2 1 VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 30
  • 31. Posicionamiento Diferencial de Fase Estático Rápido • Paso 2 – Usar las estaciones “BASE” y “Ref2” como Estaciones de Referencia – Con un tercer receptor estacionar en los puntos 1,2,3,4 y 5 6 7 5 Ref3 4 3 Ref2 BASE 2 1 VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 31
  • 32. Posicionamiento Diferencial de Fase Estático Rápido • Paso 3 – Cuando se llega al límite de distancia del método se cambian las referencias – Estacionar el receptor referencia en un punto ya levantado: “4” – Establecer una nueva estación “Ref3” con un receptor móvil 6 7 5 Ref3 4 3 Ref2 BASE 2 VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 1 Junio 2006 16 32
  • 33. Posicionamiento Diferencial de Fase Estático Rápido • Paso 4 – Usar las estaciones “4” y “Ref3” como Estaciones Referencia – Con la tercera unidad, levantar las estaciones 3, 5, 6 y 7 7 6 5 Ref3 4 3 Ref2 BASE 2 1 VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 33
  • 34. Método "Stop and Go" o semicinemático Con el receptor móvil se realiza una parada de unas pocas épocas, después nos dirigimos al siguiente punto y actuamos de igual modo. El procedimiento se mantendrá hasta completar el trabajo o hasta sufrir una pérdida de señal que obligue a inicializar otra vez. Precisión del método: entre 1 y 5 cm (dependiendo L1 o L1&L2). Se hace una resolución de ambigüedades inicial en el punto (de coordenadas conocidas o no), y a partir de ahí, nos vamos moviendo al resto de los puntos. Se puede considerar que no hay ninguna diferencia entre los métodos estáticos y los cinemáticos cuando se han resuelto y guardado las ambigüedades: la medición cinemática puede ser entendida como "la transferencia de ambigüedades de una estación a otra". VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 34
  • 35. Posicionamiento Diferencial de Fase Stop and Go (Parar y Seguir) • Paso 1: Modo Stop – Antes de empezar hay que resolver la ambigüedad inicial – Existen tres variantes para resolverla: • Inicialización Estática • Inicialización en un punto conocido, inicializador • Antena Swap Inicialización Estática del receptor móvil = Resolución de Estación Referencia Ambigüedad Inicial en Postproceso VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 35
  • 36. Posicionamiento Diferencial de Fase Stop and Go • Paso 2: Modo Go – Una vez se han recogido suficientes datos para resolver las ambigüedades, se puede empezar a mover el receptor sin desconectarlo Receptor móvil Estación Referencia Inicializado VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 36
  • 37. Posicionamiento Diferencial de Fase Stop and Go Receptor móvil • Desarrollo: Modo Go 4 5 – Resueltas las ambigüedades se comienza a visitar los puntos a levantar 3 – Se tiene que mantener el seguimiento continuo de al menos 4 satélites – Cada punto requiere sólo una época – Si se pierde el seguimiento hay que volver a 2 reinicializar • Aplicaciones 1 – Levantamientos de Detalle en areas abiertas Estación Referencia VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 37
  • 38. Antes de empezar hay que resolver la ambigüedad inicial. Existen tres variantes para resolverla: -Inicialización Estática, en un punto cualquiera con una pequeña observación estática. -Inicialización en un punto conocido, inicializador, de menor periodo de tiempo. - Cambio de antena (antenna swapping): se situan dos receptores en dos estaciones cercanas. Una estación es de coordenadas conocidas, puesto que es la estación de referencia. La segunda se selecciona arbitrariamente. Se observan datos comunes aproximadamente un minuto. Después se intercambian las antenas, manteniendo la fijación de fase de los satélites observados y nuevamente se recolectan datos durante un minuto. La mayoría de los fabricantes incluyen estos tres posibles métodos de inicialización. VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 38
  • 39. El método semicinemático o "stop and go" es muy eficiente en áreas abiertas, donde no se espere pérdida de señal. En caso de pérdida de señal y no poder ser recuperada, se tiene que empezar nuevamente con la medición con un paso nuevo de inicialización, el receptor móvil tiene que volver a la última marca coordenada de la medición. Es esencial que en tal caso, el receptor avise de la pérdida de señal. Quizás este método haya perdido validez y uso debido a la aparición en los últimos años de equipos RTK (Real Time Kinematic), con mucha más versatilidad en el funcionamiento y con un rendimiento muy superior en topografía. VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 39
  • 40. Posicionamiento Diferencial de Fase Cinemático normal • Paso 1: Modo Stop – Inicialización estática del receptor móvil • Inicialización • Baselínea conocida, inicializador • Swap de antenas VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 40
  • 41. Posicionamiento Diferencial de Fase Cinemático normal • Paso 2: Modo Movimiento – Una vez hay suficientes datos para resolver ambigüedades, el receptor se puede mover – Mantener seguimiento al menos a 4 satélites – El receptor móvil registra datos con un intervalo especificado – Si hay pérdida de seguimiento, hay que volver a reinicializar 2 23 23 23 2 23 23 2 23 23 23 23 2 23 23 2 23 23 2 23 23 23 23 3: 3 3: 3: 3: 3: : : : :1 :1 :1 :1 : : : :1 : : : : : : : 1 10 10 10 1 10 10 10 10 1 10 10 10 10 10 10 10 0: 0 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: : : : : : :26 :16 :24 : :14 :16 : 2 :22 :12 :12 3 30 2 27 18 1 2 28 20 18 1 1 14 1 2 20 8 4 0 6 VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 41
  • 42. Posicionamiento Diferencial de Fase Cinemático • Levantamiento continuo • Requiere planeamiento minucioso para evitar obstáculos a los satélites • Hay que mantener seguimiento continuo a 4 satélites • Apto para – areas abiertas y despejadas de vegetación – trabajos no críticos • Necesita inicialización del equipo móvil – 5-10 minutos parado para resolver posteriormente ambigüedades en postproceso VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 42
  • 43. Método cinemático con resol N en mov: OTF Para muchos objetivos es necesario det las coordenadas precisas de la trayectoria del receptor GPS móvil a lo largo de la trayectoria. Ej: levantamiento de la traza de una carretera para actualización de cartografía o vuelo cinemático FGM (det coord centros de proyección). No se puede aceptar una ruptura de la conexión sin la posibilidad de recuperación de la pérdida de la relación de fase de la señal o ambigüedades, mientras la antena se halle en movimiento. Es necesario un método independiente de la técnica de inicialización estática que incluya la capacidad de recuperar la pérdida de fase y de resolver ambigüedades durante el movimiento: resolución de ambigüedades en movimiento o "on the fly" (OTF). La precisión llega a ser de unos 10 cm e incluso mejor en condiciones muy favorables de configuración de sat, sin multipath... VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 43
  • 44. Posicionamiento Diferencial de Fase Resolución de Ambigüedades en Movimiento (OTF: On the Fly) • Paso 1: Modo Movimiento – Si se mantiene seguimiento a un mínimo de 5 satélites en L1 y L2 durante un cierto intervalo de tiempo mientras el receptor se va moviendo, se pueden resolver las ambigüedades posteriormente 23 : 10 :12 VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 44
  • 45. Posicionamiento Diferencial de Fase Resolución de Ambigüedades en Movimiento (OTF) • Modo Movimiento – Si se pierde seguimiento por algún obstáculo, se podrá resolver nuevamente ambigüedades si se vuelve a registrar suficiente cantidad de datos con 5 satélites en L1 y L2, una vez recuperada la señal 23 23 23 23 23 23 23 23 23 23 23 0 : 2 23 0 : 2 23 23 23 23 23 23 23 23 :1 :1 :1 :1 :1 :1 :1 :1 :1 :1 :1 :1 :1 :1 :1 :1 :1 :1 :1 :1 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 30 30 26 26 27 27 24 24 16 16 18 18 22 22 14 14 12 12 VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 45 8 8
  • 46. Posicionamiento Diferencial de Fase Resolución de Ambigüedades en Movimiento (OTF) • Trayectorias en áreas abiertas con pocas obstrucciones o de difícil inicialización. • No requiere inicialización estática • Puede capturar los mismos elementos que el cinemático • Si perdiéramos SVs se reinicializaría al volver a recuperar 5 • Precisión del orden del cm • Aplicaciones: – Vuelos fotogramétricos – Levantamientos de carreteras – Levantamientos hidrográficos VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 46
  • 47. Cinemático en Tiempo Real (RTK) Proporciona mayor eficacia, versatilidad, precisión y rendimiento para todo tipo de trabajos de topografía. Es una forma de obtener los resultados una vez procesadas las observaciones (aun en t real). El procesamiento de estas observaciones puede ser realizado con un software post-proceso, previa inserción de los datos de observación necesarios, ya sea en campo o en gabinete. El cálculo puede ser realizado de forma inmediata a la recepción de las observaciones y ser efectuado por la unidad de control, obteniendo las coordenadas en el instante, es decir, en tiempo real. Transmisión de las diferencias de fase de un receptor a otro en t real a través de radio-modem. VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 47
  • 48. Se incorporan los algoritmos de cálculo de los software post- proceso, o parte de ellos, a los controladores para este tipo de aplicaciones. Permite edición de datos de un levantamiento en campo, replanteo, y todo tipo de labores en los cuales sea necesario el conocimiento de las coordenadas de los puntos en tiempo real. VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 48
  • 49. Inconvenientes: Imposibilidad de chequear los ficheros de observación. La limitación de los radiomodem de emisión y transmisión de datos: licencias de frecuencias y potencias de señal permitidas. Un equipo que funcione con 0,5 w, que está permitido por las autoridades, está limitado a un radio de acción de unos pocos Km (7-8 Km con seguridad), lo que limita el rendimiento del trabajo. Sin embargo, con potencias de señal mayores se puede llegar a trabajar en radios de hasta 50 km. Limitación en las correcciones de tipo atmosférico. Limitación en los procesos de transformación de coordenadas Pobre tratamiento e información estadística. Escasa manipulación de los parámetros de cálculo. Las ventajas compensan y con creces estos ligeros inconvenientes que no lo son tanto en labores de topografía (pequeñas distancias, datum locales, etc), que es donde más arraigo tienen estos equipos. VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 49
  • 50. Fases del trabajo en tiempo real con módulo RTK. Equipo de trabajo mínimo: dos equipos de observación (sensor y antena), dos radio-modem (transmisor y receptor) y un controlador en la unidad móvil con un software de proceso de datos. Estacionamiento del equipo de referencia (sensor, antena y radiomodem transmisor), fijo. El radiomodem transmisor transmite sus datos de observación por radio al receptor incorporado en el equipo móvil, que a su vez almacenará en la unidad de control. El controlador calcula la posición del móvil en tiempo real. En ocasiones la inicialización es muy rápida y con una fiabilidad muy alta, pero conviene comprobar las coordenadas obtenidas sobre un punto conocido para verificar que la inicialización ha sido correcta. VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 50
  • 51. Actualmente, los equipos RTK son de doble frecuencia, pero también se pueden utilizar receptores que únicamente colectan L1. Los procedimientos RTK para resolución de ambigüedades siguen un procedimiento que suele ser: 1. Definir un área de búsqueda basado en una solución aproximada. 2. Chequear estadísticamente todas las posibles soluciones dentro de ese área. 3. Seleccionar la mejor solución entre todas de acuerdo a criterios estadísticos, por ejemplo, criterio de mínima varianza. 4. Validar la solución elegida de acuerdo a criterios estadísticos o por comparación con la segunda solución mejor candidata. VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 51
  • 52. DGPS con medidas de fase Recordamos que la ecuación de observaciones de fase, en ciclos, puede escribirse como: 1 Φ ij (t ) = ρ i j (t ) + N i j + f j ∆δ i j (t ) λ donde: • ρ i (t ) es la pseudodistancia para medidas de fase que mide el j receptor (parte entera ciclos + fase propiamente dicho). • λ es la longitud de onda. j • N i es la ambigüedad de fase, independiente de t y es un número entero. j • f es la frecuencia de la señal del satélite. • ∆δ i (t ) es el error de reloj combinado satélite-receptor. j VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 52
  • 53. Si generalizamos esa expresión, la medida (esta vez en términos de distancia) en la estación base A en la época t0 puede ser modelada como: λΦ A (t 0 ) = ρ A (t 0 ) + ∆ρ A (t 0 ) + ∆ρ j (t 0 ) + ∆ρ A (t 0 ) + λN A j j j j donde, por analogía con el modelo de código: • ρ A (t 0 ) j es la d geométrica sat – rec en la estación base A. • ∆ρ A (t 0 ) es el conjunto de errores dep. del conjunto sat – rec. j • ∆ρ (t 0 ) son los errores dependientes del satélite. j • ∆ρ A (t 0 ) son los errores dependientes del receptor. Consecuentemente, la corrección a la medida de fase en la época de referencia t0 será: PRC j (t 0 ) = ρ A (t 0 ) − λΦ A (t 0 ) = −∆ρ A (t 0 ) − ∆ρ j (t 0 ) − ∆ρ A (t 0 ) − λN A j j j j Como vemos, la formulación de las correcciones a las medidas de fase en la estación A así como la aplicación de las correcciones predichas a la fase observada en la estación “rover” B se lleva a cabo exactamente igual que en el caso de las medidas de código. VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 53
  • 54. Y la medida de fase corregida: λΦ B (t ) CORR = ρ Bj (t ) + ∆ρ AB (t ) + λN AB j j donde ∆ρ AB (t ) = ∆ρ B (t ) − ∆ρ A (t ) j y el término N AB son las simples diferencias de ambigüedades de fase. Si se elimina el multipath, el término ∆ρ AB (t ) simboliza el error de reloj combinado satélite – receptor, que, escalado a distancia sería: ∆ρ AB (t ) = cδ AB (t ) = cδ B (t ) − cδ A (t ) El posicionamiento en el punto B (rover) es mejorado con la pseudodistancia de fase corregida λΦ B (t) CORR j VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 54
  • 55. La configuración básica para DGPS con medidas de fase es idéntica que para posicionamiento cinemático con medida de fase. Evidentemente, las aplicaciones más precisas de DGPS son estas, en las que se realizan medidas de fase y en las que se hace una resolución de ambigüedades inicial en t real en la estación base. Esto se suele hacer con las denominadas técnicas OTF (On-The-Fly) de resolución de ambigüedades, en las que son necesarios al menos 5 satélites comunes en la base y en el rover. Si la latencia es prácticamente cero, el diferencial DGPS con fase es lo que se denomina RTK (Real Time Kinematic). VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 55
  • 56. Tiempos de observación • Estático Longitud Número de Tiempo GDOP Precisión Línea Satélites Observación = = < 6 20 - 50 Km > 4 2 - 3 hr. 5 mm + 1ppm = = < 6 50 - 100 Km > 4 min. 3 hr. 5 mm + 1ppm = > 100 Km > 4 < 6 = min. 4 hr. 5 mm + 1ppm • Estático-Rapido Longitud Número de Tiempo GDOP Precisión Línea Satélites Observación = 0 - 5 Km > 4 = < 5 5 - 10 min 5 - 10 mm + 1ppm = 4 = 5 - 10 Km > < 5 10 - 15 min 5 - 10 mm + 1ppm = 10 - 20 Km > 4 < 5 = 10 - 30 min 5 - 10 mm + 1ppm VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 56
  • 57. Tiempos de observación • Stop and Go – Para fijar las ambigüedades se realiza con un estático rápido. Si es con punto conocido, se inicializa con pocos segundos. • Cinemático – Para fijar las ambigüedades se realiza con un estático rápido. El levantamiento se realiza en movimiento. Intervalos de observación Método Intervalos típicos Estático 15 - 30 seg. Estático-Rápido 3 -5 seg. Stop and Go 1 - 5 seg. Cinemático, OTF 1 seg. o más VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 57
  • 58. Precisiones esperables CARACTERÍSTICAS DE LOS MÉTODOS DE TRABAJO CON GPS Método Núm. Tiempo de Precisión típica Otras característica mín. observación Satéls Estático 4 De minutos a horas 5 mm + 1 ppm Límite 15 Km para una frecuencia. Sin límite con dos Es t á t ic o - 4 5-20 minutos 1cm + 1 ppm Rápido Cinemático 4 2 épocas 2 cm + 2 ppm Lí m i t e 15 Km . Reinicialización si hay pérdida de señal Cinemático 4 2 épocas 2 cm + 2 ppm Límite 10 Km. Enlace por en tiempo radio. Reinicialización si hay real RTK pérdida de señal Difer encial 2D: 3 1 posición/segundo Asistido de fase: < 1m Recepción de correcciones DGPS 3D: 4 Sin fase: 1-4 m diferenciales o postproceso Autónomo 1D: 2 1 posición/segundo Con SA: 100 m Sólo se necesita un receptor 2D: 3 Sin SA: 4-10 m 3D: 4 VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 58
  • 59. Metodología vs. Aplicación TIPO DE APLICACIÓN DEL GPS Levantamientos de Control Levantamientos Topográficos Replanteos Posicionamiento rápido de precisión Levantamientos para SIG Navegación MÉTODO DE TRABAJ O GPS Estático GPS Estático-Rápido GPS Cinemático GPS Cinemático en tiempo real GPS Diferencial GPS Autónomo Aplicación de uso principal del procedimiento VIIProcedimient o auxiliar o de apoyo - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI para la aplicación 59
  • 60. Precisiones en GPS VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 60
  • 61. SERVICIOS DGPS Numerosas instituciones públicas están instalando servicios públicos de posicionamiento DGPS a través de la emisión de correcciones diferenciales de estaciones permanentes GPS por diferentes medios. Dentro de estos servicios, según el tipo de correcciones envíadas, el nivel de precisión y sobre todo, el ámbito de cobertura, podemos distinguir dos variantes: • redes WADGPS de satélites. • correcciones de redes locales. VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 61
  • 62. WADGPS Bajo la denominación de redes WADGPS (Wide Area Differential GPS) se agrupan los sistemas que proveen correcciones diferenciales a los usuarios a partir de satélites geoestacionarios. Las correcciones troposféricas e ionosféricas son las que normalmente se transmiten en forma de parámetros de corrección de coordenadas. VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 62
  • 63. EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) EGN Para el ámbito de la Unión Europea se dispondrá a principios de 2006 del sistema EGNOS, que transmite correcciones diferenciales e ionosféricas, así como otros servicios de aumentación e integridad a través de satélites geoestacionarios. Desarrollado por las principales agencias aeronáuticas de Europa bajo la dirección de la ESA (Agencia Espacial Europea). El sistema está compuesto por tres segmentos: • Segmento espacial • Segmento terrestre • Segmento usuario (receptores EGNOS) VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 63
  • 64. Esquema de funcionamiento de EGNOS VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 64
  • 65. El sistema EGNOS proporcionará las siguientes funciones, que constituyen las aumentaciones requeridas para complementar las prestaciones de la constelación GPS/GLONASS: • Telemetría / GEO Ranging (R-GEO): Transmisión de señales GPS desde tres satélites geoestacionarios (INMARSAT III AOR-E, INMARSAT III IOR y el ARTEMIS). Al aumentar el número de satélites de navegación, aumentará la disponibilidad, continuidad y precisión. • Integridad / GNSS Integrity Channel (GIC): Distribución de información de integridad. Esto aumentará la integridad del servicio de seguridad GPS/GLONASS/EGNOS de navegación hasta el nivel requerido para la aviación civil (no precisión). • Precisión / Wide Area Differential (WAD): Distribución de correcciones diferenciales. Esto incrementará la exactitud del servicio GPS/GLONASS/EGNOS de navegación y las prestaciones en general hasta alcanzar el nivel exigido para aproximaciones de categoría I. VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 65
  • 66. Con el desarrollo de estas funciones, se pueden identificar tres niveles de servicio en la utilización del GPS/GLONASS más EGNOS: NIVEL 1: Nivel preoperacional. Consistirá en la transmisión de señales similares al GPS desde los satélites GEO (telemetría). Con el aumento del número de satélites disponibles se incrementará la disponibilidad. NIVEL 2: Suministro del servicio de telemetría y de integridad (mediante la emisión de información de integridad). El aumento de integridad permitirá que el servicio cumpla los requerimientos de la aviación civil. NIVEL 3: Suministro del servicio de telemetría, integridad y precisión (mediante la emisión de correcciones diferenciales). VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 66
  • 67. Extensión de EGNOS para Latinoamérica Los satélites INMARSAT–III, AOR-E e HISPASAT (todavía no incluido en el sistema EGNOS) tienen cobertura sobre Latinoamérica, por lo que sería posible recibir ambas señales en esa región. Asimismo, existe la posibilidad de recibir la señal del satélite AOR-W (perteneciente al sistema WAAS estadounidense), en un principio interoperable con las señales europeas. AOR-E (E GNOS ) A OR-W (W A A S ) IOR (E GNOS ) HIS P A S A T VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 67
  • 68. La posible extensión de EGNOS a Latinoamérica se realizaría mediante el despliegue en esa región de estaciones terrestres específicas. Se ha llevado a cabo un estudio preliminar para determinar el número y localización de estaciones RIMS necesarias para proporcionar un servicio NPA (aproximaciones de no-precisión) en Latinoamérica. Suponiendo doble cobertura de satélites geoestacionarios en el área de servicio latinoamericana (INMARSAT-III, AOR-E e HISPASAT2B), se necesitarían 6 RIMS para proporcionar un servicio de esas características. corroborar los resultados obtenidos. Similar a EGNOS, en América del Norte se dispone de WAAS (Wide Area Augmentation System), de la Administración Federal de Aviación (FAA). WAAS es un sistema de aumentación denominado SBAS (Satellite- Based Augmentation System) basado en las correcciones generadas en 25 estaciones terrestres y su diseminación vía satélite. VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 68
  • 69. Mensajes RTCM Aunque la mayor parte de fabricantes desarrollaron su propio formato para la transmisión de correcciones diferenciales, el formato está estandarizado desde 1985, de acuerdo a la propuesta de la Radio Technical Commission for Maritime Services, Comité 104. El estándar es conocido como formato RTCM. Hay 64 tipos de mensajes disponibles, aunque la mayoría aún no han sido definidos. Se definirán, por ejemplo, para satélites geoestacionarios, GALILEO, etc. Actualmente se está ya en la versión 3.0. - La versión 2.0 incluye mensajes para hacer posible la corrección a las pseudodistancias y variación con el tiempo a la corrección de éstas. - La versión 2.1 contiene además tipos para las correcciones a las medidas de fase. VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 69
  • 70. Formato de RTCM • El formato de los mensajes consiste en secuencias de palabras de 30 bits. • Los últimos 6 bits en cada palabra son los bits de paridad. • Cada mensaje comienza con dos palabras cabecera. • La primera palabra es fija y contiene lo que se denomina preámbulo (preamble), el tipo de mensaje, y el identificador de la estación de referencia. • La segunda palabra contiene la marca de tiempo en forma de cuenta Z, el número de secuencia, la longitud de mensaje y la salud de la estación de referencia. • En algunos mensajes hay una tercera palabra. • Los mensajes 1-17 estaban disponibles en la versión 2.0, • Los mensajes 18-21 contienen cabeceras de 3 palabras, fueron añadidos en la versión 2.1 y tienen como propósito el posicionamiento RTK (Real Time Kinematic, Cinemático en Tiempo Real) de aplicación en receptores que admitan esta técnica. • Los mensajes GLONASS se incluyeron en la versión 2.2. VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 70
  • 71. NÚMERO ESTADO DE TÍTULO ACTUAL MENSAJE 1 Fixed Differential GPS Corrections 2 Fixed Delta Differential GPS Corrections • Los mensajes 18 y 19 3 Fixed Reference Station Parameters contienen la observación de 4 Retired Surveying fase y código en la estación 5 Fixed Constellation Health de ref. y son los 6 Fixed Null Frame 7 Fixed Beacon Almanacs fundamentales para 8 Tentative Pseudolite Almanacs posicionamiento relativo. Partial Satellite Set Differencial 9 Fixed Corrections • Los mensajes 20 y 21 10 Reserved P-Code Differential Corrections (all) contienen las correcciones a 11 Reserved C/A-Code L1, L2 Delta Corrections las correspondientes 12 Reserved Pseudolite Station Parameters medidas, y sirven por tanto, 13 Tentative Ground Transmitter Parameters para RTK. 14 Reserved Surveying Auxiliary Message 15 Reserved Ionosphere (Troposphere) Message • Los mensajes 1 y 2 son los 16 Fixed Special Message que se utilizan en DGPS 17 Tentative Ephemeris Almanac Uncorrected Carrier Phase (código). 18 Tentative Measurements Uncorrected Pseudorange 19 Tentative Measurements 20 Tentative RTK Carrier Phase Corrections 21 Tentative RTK Pseudorange Corrections 22-58 Undefined 59 Tentative Proprietary Message 60-63 Reserved Multipurpose Usage VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 71
  • 72. Formas de transmisión de correcciones diferenciales en DGPS. Ejemplos en el Instituto Geográfico Nacional. Las instituciones públicas deben suministrar servicios públicos de DGPS en diferentes modalidades y medios de transmisión. 1. DGPS sobre radio analógica (RDS): proyecto RECORD. El proyecto RECORD (Red Española de CORrecciones Diferenciales) consiste en la difusión de correcciones diferenciales GPS a través de la subportadora no audible RDS (Radio Data System, Sistema de Datos en Radio) de las emisoras de Radio Nacional de España (RNE). La corrección diferencial GPS de código, obtenida a partir del observable de pseudodistancia suavizada con fase, se dispone en formato RTCM SC104. A continuación, es comprimida en formato RASANT 2.6 (Radio Aided Satellite Navigation Technique). En este formato se envía a RNE y lo incorpora a la señal FM. Un receptor FM/RDS/RASANT descomprime y proporciona las correcciones originales RTCM SC04 integrables en la gran mayoría de receptores GPS. VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 72
  • 73. • El sistema tiene monitorización integrada. Para ello se ha instalado en el IGN un triple equipo GPS (2RS+IM) asegurando la fiabilidad, continuidad e integridad de las correcciones. • Las correcciones diferenciales en formato RTCM se generan y comprimen en el IGN, donde son enviadas a RNE. • En RNE se integran en el servidor RDS encargado de transmitir y mezclar las distintas tramas RDS. • Desde RNE se inyectan en el satélite Hispasat y se difunden a los centros emisores. • Las distintas emisoras FM difunden las correcciones diferenciales que reciben de Hispasat según el esquema de la figura. VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 73
  • 74. Los potenciales usuarios para la explotación del sistema necesitan un receptor FM/RDS/RASANT. Este receptor sintoniza la emisora más adecuada, eligiéndola entre toda la banda o de una tabla programable residente en el receptor y, realiza la decodificación de RASANT a formato RTCM utilizable por la mayoría de los receptores o sensores GPS. VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 74
  • 75. 2. DGPS sobre radio digital (DBS). Se han realizado con éxito pruebas de transmisión de correcciones diferenciales mediante radio digital DAB (Digital Audio Broadcasting) utilizando el canal de datos no asociado al audio (NPAD), enviando mensajes RTCM de código (Tipo 1) y de fase RTK (tipos 18 al 21). Los test realizados con baselínea cero y equipos de doble frecuencia con capacidad de determinar ambigüedades sin inicialización (OTF) muestran una calidad centimétrica en el posicionamiento. VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 75
  • 76. La gran incógnita en esta forma de transmisión es saber el éxito de la radio digital en los usuarios. La tecnología está disponible, pero no se han lanzado al mercado masivamente los equipos receptores de radio digital. Ventajas de este sistema: • Calidad de audio comparable a la de un CD. • La señal no sufre atenuación. • No sufre interferencias debido al multipath. • Equipos de radio más amigables. • Los programas tienen más información integrada,no solo audio. • Es posible añadir información de terceros. El protocolo de transferencia MOT (Multimedia Object Transfer protocol) permite difundir: • Datos generales: MIME/HTTP • Imágenes: JPG,GIF,JFIF y BMP • Texto (ASCII, ISO 646,ISO 8859-1) • HTML (ISO 8859-1) • Multimedia: MPEG (ISO/IEC 13522), Java • Archivos genéricos (TDC Transparent Data Channel) VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 76
  • 77. Las aplicaciones dentro de nuestro campo son innumerables: • transmisión de cartografía en tiempo real. • transmisión de correcciones diferenciales en fase (permitiendo el posicionamiento centimétrico) • levantamientos y replanteos en tiempo real apoyados en cartografía o en SIG interactivamente, • datos de alerta, como información sísmica incluyendo cartografía, información de prensa, parámetros del sismo, etc. VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 77
  • 78. 3. DGPS sobre Internet (DGPSIP): proyecto EUREF-IP. (http://igs.ifag.de/euref_realtime.htm) Con el incremento de capacidad de transmisión de Internet se han desarrollado aplicaciones para la transmisión continua de datos. Las aplicaciones DGPS sobre Internet, aunque requieren un flujo continuo de datos, no necesitan un ancho de banda muy grande. La subcomisión EUREF de la AIG ha puesto en marcha el proyecto EUREF-IP: transmisión de datos brutos GPS y correcciones diferenciales de código y fase en formato RTCM. La recepción de correcciones diferenciales se realiza a través de cualquier equipo que tenga acceso a Internet: ordenador, PDA con GPRS, etc. El ancho de banda requerido para aplicaciones de código se cifra en unos 50 bytes/segundo mientras que en fase (RTK) unos 500 bytes/segundo. (las aplicaciones usuales de teleconferencia o Internet-Radio necesitan unos 5-20Kbit/segundo). VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 78
  • 79. • Diseminación de datos GPS (DGPS) en forma de correcciones diferenciales para posicionamiento preciso y navegación RTCM con mensajes 1-3 para DGPS y 18/19 o 20/21 para RTK. • Es posible difundir cualquier “stream” de datos sin limitación alguna; en la actualidad se están transmitiendo tanto correcciones GPS como EGNOS, datos brutos, efemérides ultra-rápidas o incluso datos sísmicos. • NTRIP es la tecnología para transferir datos GNSS (por ejemplo correcciones RTCM) mediante redes de Internet o de telefonía móvil. • Los test realizados no muestran una pérdida significativa de prestaciones comparado con el uso de otros medios de transporte. • El software NTRIP se ha desarrollado dentro de EUREF bajo licencia GNU y en la actualidad existe un grupo de trabajo dentro del comité 104 de RTCM entre cuyos fines se encuentra hacer de NTRIP un estándar internacional. • En el mercado hay multitud de software (libre o comercial) para la transmisión de correcciones a través de Internet. VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 79
  • 80. En las pruebas, se resolvieron ambigüedades, en tan sólo 18 segundos. Muchos receptores ya incorporan en sus menús el protocolo NTRIP. 15 Estaciones de la ERGPS tienen implementado EUREF-IP. Existe un caster en el IGN de dirección 80.38.104.84. Programa cliente en http://igs.ifag.de/ntrip_down.htm (GNSS Internet Radio). VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 80
  • 81. Más información: http://igs.ifag.de Proyecto NTRIP VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 81
  • 82. Para acceder a los datos se puede descargar el programa cliente disponible para varias plataformas (Linux, Windows o Windows CE) en http://igs.ifag.de/ntrip_down.htm y escoger de la lista de servidores. Existen multitud de implementaciones comerciales en receptores GPS que ya incorporan NTRIP en el propio menú del receptor. Se han realizado diversos test, tanto en modo dinámico como estático, con excelentes resultados. Ejemplo significativo: se fijaron ambigüedades estando a 22 km de la referencia y en tan solo 18 segundos, utilizando un receptor GPS de doble frecuencia conectado a un teléfono móvil GPRS. DistRef E Dif N Dif h Dif #SV Tiempo E Dif N Dif h Dif #SV Tiempo Punto 5015 -0.008 0.006 0.028 10 429 -0.020 -0.111 0.197 10 51 BM5 10403 0.003 0.008 0.046 6 105 0.247 0.299 0.768 6 541 BM10 10403 0.014 0.023 0.022 8 357 0.147 -0.369 0.036 8 82 BM10 14649 -0.014 0.055 0.008 5 460 0.286 0.051 1.000 5 192 BM15 14649 -0.041 0.034 0.010 9 374 -0.009 0.073 0.442 9 8 BM15 20493 0.010 -0.008 0.020 7 362 -0.464 -0.304 -3.164 7 11 VILLE 20640 0.007 0.021 0.021 9 134 -0.745 0.283 -0.163 8 89 VILLT 27568 Nofix 0.156 -0.493 0.342 8 600 Lomo Solución fija Solución flotante VII Curso GPS en Geodesia y Cartografía - AECI - Cartagena de Indias, Colombia - 5 - 16 Junio 2006 82