UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERIA
TOPOGRAFIA I
MERIDA, EDO- MERIDA
MERIDA, EDO. MERIDA
SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL (GPS)SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL (GPS)
INTEGRANTES:
- GARCIA M. KRISLEYDI
Y.
C.I 20.396.102
- MARQUEZ B. OMAR J.
CI 20.848.585

REFERENCIASREFERENCIAS
 Casanova, L.(2008). Topografía plana. Mérida, Venezuela.
Primera edición.
 El sistema de posicionamiento global
http://www.gps.gov/systems/gps/spanish.php

SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBALSISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL
(GPS)(GPS)
 El sistema global de navegación por satélite permite determinar en
todo el mundo la posición de un objeto, una persona o un vehículo
con una precisión habitual de unos pocos metros de precisión.

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

HISTORIA DEL G.P.SHISTORIA DEL G.P.S
 En 1957, la Unión Soviética lanzó al espacio el satélite Sputnik I,
que era monitorizado mediante la observación del efecto Doppler
de la señal que transmitía. Debido a este hecho se comenzó a
pensar que, de igual modo, la posición de un observador podría
ser establecida mediante el estudio de la frecuencia Doppler de
una señal transmitida por un satélite cuya órbita estuviera
determinada con precisión.
 La armada estadounidense rápidamente aplicó esta tecnología,
para proveer a los sistemas de navegación de sus flotas de
observaciones de posiciones actualizadas y precisas. Así surgió el
sistema TRANSIT, que estuvo disponible, además, para uso
comercial.

HISTORIA DEL G.P.SHISTORIA DEL G.P.S
 En 1973 se combinaron los programas de la Armada y el de la Fuerza
Aérea de los Estados Unidos posteriormente renombrado como
NAVSTAR GPS.
Entre 1978 y 1985 se desarrollaron y lanzaron once satélites prototipo
experimentales NAVSTAR, a los que siguieron otras generaciones de
satélites, hasta completar la constelación actual.
 En resumen desde sus inicios puramente militares en el año 1978, sus
aplicaciones han ido incrementándose constantemente en diversas
áreas y los equipos receptores GPS han ido disminuyendo tanto en
tamaño como en costo.

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMADESCRIPCIÓN DEL SISTEMA
Un sistema GPS esta compuesto por los siguientes tres
segmentos:

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMADESCRIPCIÓN DEL SISTEMA
SEGMENTO ESPACIAL: Conocido como la constelación NAVSTAR
conformado actualmente por 24 satélites.
SEGMENTO DE CONTROL: Conformado por estaciones de control master
y de alimentación. En tierra existen cinco estaciones de seguimiento de
control, tres estaciones para la alimentación de datos y una estación de
control maestro.
SEGMENTO USUARIO: Constituido por los receptores, recolectores de
datos y programas de aplicación o software. El receptor es el instrumento
que recibe y decodifica la señal del satélite calculando las coordenadas del
puntos deseada. Los receptores varían en precisión, tamaño, capacidad de
almacenamiento de datos y numero de satélites que utilizan para calcular
posición, estos equipos son constantemente mejorados en calidad y
precisión debido al permanente desarrollo tecnológico.

SEÑAL DEL GPSSEÑAL DEL GPS
La Onda Portadora (carriers)
Los satélites GPS transmiten las señales en dos tipos de frecuencias
de ondas portadoras, (en inglés carrier). Una onda se denomina "L1" y
emite en una frecuencia de 1575.42 MHz (Megaherzios) y transporta,
de ahí el nombre "onda portadora", dos tipos de mensaje:
El ya conocido Pseudo-Random Code para el tiempo.
El mensaje de estado de la señal.
La otra onda se denomina "L2", con una frecuencia de 1277.60 MHz,
mucho más preciso en su código PRC que la anterior, se usa sólo para
fines militares.

Veamos que información transmite la onda portadora "L1":
1.- Los Códigos Seudo-Aleatorios o "Pseudo-Random Codes".
A su vez el Pseudo-Random Code se divide en dos tipos:
El primero se llama código "C/A" (de "Adquisición Común"). Modula la
onda portadora "L1". Se repite cada 1023 bits y modula en un ratio de 1
Mhz. Cada satélite tiene un único Pseudo-Random Code. El código
"C/A" es la base para usos civiles del Sistema GPS. De ahí su nombre:
"Adquisición o Captación Común"
El segundo se llama código "P" (Preciso). Este se repite en un ciclo de
siete días y modula ambas ondas portadoras: L1 y L2 a un ratio de 10
MHz. Este código es especial para usos militares y puede ser
encriptado.
Cuando se encripta se le llama código "Y". Obviamente este
código "P" es mucho más complicado que el "C/A" y por tanto más
complicado de captar o adquirir por los receptores. Incluso, los GPS
utilizados para fines militares para adquirir las señales, primero utilizan
el código "C/A" y después saltan al código "P".

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

FUNDAMENTOS INVOLUCRADOS EN LAFUNDAMENTOS INVOLUCRADOS EN LA
MEDICIONES CON GPSMEDICIONES CON GPS

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

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

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

TRILATERACION SATELITALTRILATERACION SATELITAL
 Si agregamos una tercera
medición, la intersección
de la nueva esfera con las
dos anteriores se reduce a
dos puntos sobre el
perímetro del círculo
descrito tal y como se
muestra en la siguiente
figura.
Uno de estos dos puntos
puede ser descartado por
ser una respuesta
incorrecta, bien sea por
estar fuera de espacio o por
moverse a una velocidad
muy elevada.
Puntos
resultantes de la
intercepción de
tres esferas.

TRILATERACION SATELITALTRILATERACION SATELITAL
 Matemáticamente es
necesario determinar una
cuarta medición a un
diferente satélite a fin de
poder calcular las cuatro
incógnitas x, y, z y tiempo.
Punto
resultante de la
intercepción de
cuatro esferas.

MEDICIÓN DE DISTANCIAS DESDE LOSMEDICIÓN DE DISTANCIAS DESDE LOS
SATÉLITESSATÉLITES
 La distancia de un satélite a un receptor se calcula midiendo el
tiempo de viaje de la señal de radio desde elsatélite al receptor.
Conociendo la velocidad de la señal de radio, la distancia se
determina por medio de la ecuación de movimiento con velocidad
uniforme.
D = v.t
Siendo:
D = distancia en kilómetros desde el satélite al punto
considerado.
v = velocidad de la señal de radio, aproximadamente la
velocidad de la luz. v ≈300.000 km/s.
t = tiempo de viaje de la señal en segundos.
Para poder medir el tiempo de viaje de la señal, es necesario
conocer mediante cierto procedimiento el instante en el que la
señal parte del satélite.

MEDICIÓN PRECISA DEL TIEMPOMEDICIÓN PRECISA DEL TIEMPO
La medición del tiempo de viaje es una actividad difícil de realizar.
Debido a la gran velocidad de las señales de radio y a las distancias,
relativamente cortas, a la cual se encuentran los satélites de la Tierra,
los tiempos de viaje son extremadamente cortos.
El tiempo promedio que una señal tarda en viajar de un satélite
orbitando a 20.200 kilómetros a la Tierra es de 0,067 segundos. Este
hecho hace necesario la utilización de relojes muy precisos.
Los satélites portan relojes atómicos con precisiones de un
nanosegundo, pero colocar este tipo de relojes en los receptores
sería muy costoso. Para solucionar este problema los receptores
corrigen los errores en la medición del tiempo mediante una medición
a un cuarto satélite.

CONOCIMIENTO PRECISO DE LA ORBITACONOCIMIENTO PRECISO DE LA ORBITA
DEL SATÉLITEDEL SATÉLITE
 Como se ha mencionado, existen 24 satélites operacionales en el
sistema NAVSTAR orbitando el la tierra cada 12 horas a una altura
de 20.200Km. Existen 6 diferentes orbitas inclinadas
aproximadamente 55° con respecto al ecuador. Alrededor de cada
uno de estos planos giran 4 satélites monitoreados
constantemente por el departamento de defensa de los Estados
Unidos.
 En la tierra existen 5 estaciones de seguimiento y control:
 3 Estaciones para la alimentación de datos.
 1 Estación de control maestra.
La estación de control maestra calcula con los datos de las
estaciones de seguimiento, la posición de los satélites en las
orbitas, los coeficientes para las correcciones de los tiempos y
transmiten esta información a los satélites.

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

 Los errores que afectan las mediciones con G.P.S. Se pueden agrupar
en 3 tipos diferentes:
CORRECCIÓN DE ERRORES EN LACORRECCIÓN DE ERRORES EN LA
PROPAGACIÓN DE LA ONDAPROPAGACIÓN DE LA ONDA
ERRORES
Errores
originados por el
medio de
propagación.
Errores propios
del Satélite.
Errores en la
recepción.
Error por ruta
múltiple.
• Errores orbitales.
• Errores del reloj.
• Errores de
configuración
geométrica.

1. ERRORES PROPIOS DEL SATÉLITE.1. ERRORES PROPIOS DEL SATÉLITE.
 Errores orbitales: Afectan la determinación de la posición
del satélite en un instante determinado con respecto a un
sistema de referencia dado. Estos errores se originan
debido a que no se conocen con la exactitud necesaria las
orbitas de los satélites.
 Errores del reloj: Aunque sumamente precisos, los relojes
atómicos pueden presentar variaciones debido a la deriva
propia del instrumento y a la acción de los efectos
relativísticos que originan un diferencial del tiempo entre el
sistema del satélite y del sistema del G.P.S. Este diferencial
de tiempo no es constante para todos los satélites, sin
embargo, estos errores, de muy poca magnitud, son
ajustados por el Departamento de Defensa de los Estados
Unidos.

1. ERRORES PROPIOS DEL SATÉLITE.1. ERRORES PROPIOS DEL SATÉLITE.
 Errores de configuración geométrica: El efecto de la geometría
en la ubicación de los satélites utilizados en la determinación de un
posicionamiento queda expresado por los parámetros de la
dilación de precisión geométrica (DPG). Los parámetros de la DPG
resultan en una medida compuesta que refleja la influencia de la
geometría de los satélites sobre la precisión combinada de las
estimaciones del tiempo y posición de la estación.
La configuración geométrica ideal se da cuando la posición relativa
entre satélites forma ángulos agudos. Por el contrario una
configuración geométrica pobre se da cuando los satélites están
alineados o su posición relativa forma ángulos llanos.

2. Errores originados por el medio de2. Errores originados por el medio de
propagaciónpropagación
Cuando la señal penetra la ionosfera y la troposfera reducen la
velocidad de la señal, pero actualmente los receptores de G.P.S.
Toman en cuenta estas demoras haciendo las correcciones
pertinentes.
Error por ruta múltiple: Se origina debido a la posibilidad de que
una señal reflejada por objetos ubicados en la superficie de la tierra
lleguen al receptor por dos o mas trayectorias diferentes.
Para minimizar los efectos
del multipath se han
desarrollado antenas para
filtrar las señales que llegan
de diferentes direcciones.

3. ERRORES EN LA RECEPCIÓN3. ERRORES EN LA RECEPCIÓN
 El ruido.
 Centro de fase de la antena.
 Errores del reloj oscilador.
 Error de disponibilidad selectiva (S/A): El cual es una
degradación de la señal del satélite causada en forma
intencional por el Departamento de Defensa de los Estados
Unidos.