El documento 'El ABC del GPS' de Alexander R. González describe el Sistema de Posicionamiento Global (GPS), su funcionamiento, características, segmentos y aplicaciones en navegación y geodesia. Explica los principios de medición, errores asociados y técnicas como el GPS diferencial. Además, aborda el futuro del GPS y su evolución rápida, así como comparativas con otros sistemas de navegación.

1. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Presentado por:
Ing. Alexander R. González, MSc.
El del
Sistema de Posicionamiento Global

2. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Qué es el GPS?
Conceptos básicos
Características
Descripción del sistema
Principios de medición
Errores y Exactitudes
Equipos y Aplicaciones
Otros sistemas
El Futuro…
Contenido

3. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Es una técnica de posicionamiento y
navegación por satélites, el cual permite
conocer la posición de cualquier objeto
sobre la superficie de la Tierra, a toda
hora y en tiempo real, con el uso de
receptores que captan las señales de los
satélites.
GLOBAL POSITIONING SYSTEM
¿Qué es el GPS?

4. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
CONOCER LA POSICION…
EN CUALQUIER PARTE
DEL MUNDO Y A TODA HORA
?
El propósito es…

5. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Antecedentes
Navegación
• Por medio de estrellas
• Brújula
• Radio-navegación (Loran,
Siledys, etc)
• Transit

6. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Antecedentes


7. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Conceptos Básicos
de Interés

8. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
• Elipsoide
Achatamiento
SEMI-EJE MAYOR
SEMI-EJE MENOR
b
a
Achatamiento = (a-b) / a
Conceptos Básicos (Geodesia)
modelo matemático de la Tierra

9. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
•Geoide y Datum
Conceptos Básicos (Geodesia)
Geoide
Norte América
(NAD83 - Local)
Internacional
(PSAD-56 - Local)
WGS 84 (Global)
superficie equipotencial del n.m.m en calma

10. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
• Superficies de Referencia
Superficie Terrestre
Elipsoide (modelo matemático)
Geoide (Nivel medio del mar extendido debajo de los continentes)
Conceptos Básicos (Geodesia)

11. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Superficie
Terrestre
Elipsoide
Geoide
•Elevaciones - Alturas
H
H
H
h
h
h
N
N
N
H = h + N
Altura = Elevación + Ondulación
Conceptos Básicos (Geodesia)

12. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Conceptos Básicos (Cartografía)
• Coordenadas Geográficas (ϕ,l)

13. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Conceptos Básicos (Cartografía)
• Coordenadas UTM (X, Y) o (E, N)
Huso 19
Hemisferio Norte
Meridiano
Central
X= 500.000 m
Y= 0 m

14. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Características
del
Sistema GPS

15. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Características del Sistema
• El Sistema de Posicionamiento Global - GPS es un sistema
de radio-navegación espacial que provee:
◼ Posición, velocidad y tiempo preciso;
◼ Cobertura mundial continua, las 24 horas del día;
◼ Sistema pasivo; ilimitado número de usuarios;
◼ Opera bajo cualquier condición climática;
◼ No requiere ni del horizonte (cielo) despejado ni de la intervisibilidad
entres los puntos a medir;
◼ No necesita de infraestructura; y
◼ TOTALMENTE GRATIS…!!!
• El sistema GPS fue creado y controlado por el
Departamento de Defensa de los EE.UU. (U.S. Department
of Defense - DoD).

16. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
• El sistema GPS está constituido por tres segmentos
principales:
• Segmento Espacial
• Segmento de Control, y
• Segmento del Usuario
• El sistema GPS tiene muchas aplicaciones militares y civiles:
Descripción del Sistema
Navegación personal (vehículos, yates, aviones, etc.),
navegación aérea, levantamientos sísmicos costa afuera, control
geodésico, levantamientos topográficos, ingeniería civil, control
de flota, análisis de deformaciones, estudios geofísicos, etc…

17. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Descripción del Sistema
•Segmento Espacial
◼ El segmento Espacial está constituido por los
satélites del sistema Navstar (NAVigation System
by Timing And Ranging).
◼ GPS está diseñado para proveer cobertura
global con un mínimo de 4 satélites
observable simultáneamente. Esto se logra
con lo siguiente:
• 24 vehículos espaciales (space vehicles –
SV´s )
• 6 planos orbitales con una inclinación de
55o
• 20,183 km de altura con períodos
aproximados de 12 horas sidéreas

18. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Colorado
Spring
Hawaii
Ascension Diego
Garcia
Kwajalein
Station de contrôle principale
Stations de contrôle secondaires
Stations d'écoute
Estación de control Principal
Estación de control Secundario
Estación de ‘Escucha’
Cada cierto tiempo se le inyecta la hora y la ORBITA CORREGIDA a los Sat’s
Descripción del Sistema
• Segmento de Control

19. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Militar CivilCientífico
• Segmento Usuario
◼ Éste segmento está constituido por los receptores GPS, con sus
respectivas antenas, operados tanto por usuarios militares como
civiles.
◼ Los receptores convierten las señales de los satélites en posiciones,
velocidades y tiempos estimados.
Descripción del Sistema

20. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
ESTACIÓN PRINCIPAL
ESTACIÓN DE CONTROL
SEGMENTO
USUARIO
SEGMENTO
CONTROL
SEGMENTO
ESPACIAL
ESTACION DE ‘ESCUCHA’
Descripción del Sistema
• Resumen de los Segmentos GPS

21. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Tipo de Servicio
• El GPS puede proveer dos clases de servicios:
◼ El Servicio de Posicionamiento Estándar (Standard Positioning
Service - SPS)
• Disponible para todos los usuarios
• Servicio suministrado en código C/A
• Exactitudes entre 10-15 m [2drms] (antes con el SA
unos 100m)
◼ Servicio de Posicionamiento Preciso (Positioning Service - PPS)
• Disponibilidad restringida
• Servicio suministrado en código P o Y
• Exactitudes de 3 m [2drms]

22. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Observaciones
◼ Básicamente existen dos (2) tipos de observaciones que
pueden obtenerse de las señales GPS:
• Pseudo-distancias
• Fase Portadora (Carrier phase)
◼ Pseudo-Distancia es el desplazamiento de tiempo requerido
para alinear la réplica del código generado en el receptor,
con el código recibido del satélite, multiplicado por la
velocidad de la luz. Se le llama pseudo-distancia porque es la
distancia más el diferencial de tiempo del reloj.
Principio de Medición

23. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Principio de Medición
• Determinación de Posiciones
• Una posición es determinada por la
medición de múltiples distancias,
en una sola época de medición,
junto con los estimados de las
posiciones de los satélites. Las
posiciones de los satélites están
basadas en datos de efemérides.
• Un mínimo de 4 satélites es
requerido para determinar la
posición 3D del receptor, más el
diferencial de tiempo del reloj.

24. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Principio de Medición
Principio de determinación de POSICIÓN

25. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Consiste en la mediciones de la diferencia de fase
entre la onda portadora recibida del satélite y la
onda portadora generada por el receptor.
Principio de Medición
• Fase de la portadora
Desfase
Señal del
Satélite
Señal del
Receptor

26. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Errores
• Análisis de Error
◼ Generalmente, los errores que influyen en las mediciones GPS
caen en alguna de las siguientes 3 categorías:
• Errores del Satélite
Efemérides y reloj del satéliteases
• Errores de la señal
Efectos en la propagación de la señal tales
como efectos ionosféricos, troposféricos y
múltiples
• Errores del Receptor
Ruido interno (electrónico)

27. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Errores
Error orbítales
Error del reloj
Ruido del
receptor
Refracción
Troposférica
Refracción
Ionosférica
Multipath

28. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Errores
• Múltiples (Multipath)
◼ El ‘Multipath’ es un fenómeno en el cual una señal llega al
receptor a través de dos o más trayectorias.
◼ Un caso típico son los reflejos de superficies metálicas y de la
superficie del mar. Los múltiples generalmente ocurren con
satélites a bajas elevaciones.
◼ En aplicaciones marinas, el efecto multipath se reduce durante un
‘mal tiempo’, porque la superficie rugosa el mar hace que la
naturaleza del múltiple sea mas aleatoria.
Señal bloqueada Error Multipath Señal Corregida

29. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Errores
• Dilución de la Precisión (DOP)
◼ La geometría de las observaciones (disposición de los satélites
en el horizonte) tiene un efecto significativo en la exactitud de
las coordenadas estimadas. Con una buena geometría, los
errores se propagan dentro de la posición estimada con la
menor cantidad de distorsión.
Pobre geometría Buena geometría

30. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Errores
• Influencia de los Errores en las Pseudo-
distancias
Fuente del Error SPS DGPS Vector
Reloj 1.5 --- <0.002
Órbita 2.5 --- <0.002
Retardo Ionosférico 5.0 0.4 0.03
Retardo Troposférico 0.5 0.2 0.1
Resolución & Ruido del Receptor 0.3 0.3 0.1
Múltiples 0.6 0.6 0.6
Otros 0.4 0.4 0.4
Exactitud resultante (m) 11.0 3.2 <1
Fuente: Trimble

31. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Técnicas de Medición

32. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Técnicas de Medición
• Absoluto
• Relativo
◼ Diferencial GPS (DGPS)
◼ RTK (Rapid Static)
◼ Combinación
• Navegación

33. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Técnicas de Medición
• Posicionamiento Absoluto
(Punto Simple)
- Mínimo 3 Sat’s para 2D
y 4 Sat’s para 3D
- Posiciones instantáneas
- de 10 m a 15 m de error
d1

34. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Posicionamiento
• Técnicas de Medición
◼ La exactitud del posicionamiento ABSOLUTO está
basada únicamente en el servicio SPS, y limitada por
varios errores de observación.
◼ Para reducir estos errores, y por lo tanto mejorar la
exactitud del posicionamiento, se utilizan técnicas
RELATIVAS de posicionamiento:
•Estático
•Diferencial GPS (DGPS)
•RTK (Estático rápido)

35. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
• Posicionamiento Relativo
Técnicas de Medición
d1
Punto DesconocidoPunto Conocido

36. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
• Posicionamiento Relativo
◼ 2 receptores como mínimo.
◼ 4 satélites como mínimo en cada receptor.
◼ Suficiente visibilidad con el fin de obtener una buena
geometría.
◼ Grabación simultánea en ambos receptores.
◼ Receptores capaces de grabar data GPS (Estático y
Kinemático en post-procesamiento).
◼ Tener un punto conocido en el Datum Local y en el WGS84.
◼ El Geoide debe ser modelado (ex: egm96) con el fin de
proveer elevaciones ortométricas coherentes.
Técnicas de Medición

37. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
• Diferencial GPS
◼ Los objetos en movimiento (vehículos, barcos) por lo general se
posicionan utilizando la técnica GPS Diferencial (DGPS).
◼ La operación GPS Diferencial consiste en colocar un receptor GPS en
una estación de referencia conocida, determinar las correcciones a
las pseudo-distancias de los satélites, y transmitir esas correcciones a
los usuarios.
Satélite transmite la señal GPS La señal es recibida en tierra
Señal es Corregida y enviada a los receptores DGPS
Técnicas de Medición

38. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
• Diferencial GPS
◼ Las correcciones son transmitidas continuamente
como mensajes distintivos en el formato RTCM (Radio
Technical Commission for Maritime Services). Este es
un formato estándar.
◼ Esta técnica se basa en el hecho de que los principales
errores GPS son constantes en áreas grandes.
Técnicas de Medición

39. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
• Diferencial (local)
Técnicas de Medición

40. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
• Diferencial (global)
Técnicas de Medición
Estación MAESTRA
Estación
REMOTA

41. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
• Navegación
Técnicas de Medición
Landmarks,
Waypoints,
Tracks - Rutas

42. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Caso de la vida real…

43. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
La competencia…
•Glossna (Ruso)
•Galileo (Unión Europea ~ 2005)

44. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Otros Sistemas:
•GNSS 1 & GNSS 2:
Sistema basado en satélites GPS geo-estacionarios ubicados
sobre un continente, que permiten la recepción directa de
correcciones diferenciales y proveer un posicionamiento
DGPS con una exactitud mejor a 1 metro.
•WAAS / LAAS:
Red de estaciones de transmisión de
correcciones DGPS para uso en navegación en
áreas determinadas, tales como las cercanías a
las costas o ríos y canales de navegación
interiores

45. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Aplicaciones

46. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Aplicaciones
• TERRESTRES: - Topografía y Geodesia / GIS
- Transporte y Comunicaciones
- Movimiento de Placas/Control
- Construcción

47. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Aplicaciones
• MARINAS: - Navegación Marítima
- Control de Flota / Rescates
- Dragado / Hincado de pilotes

48. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Aplicaciones
• AÉREAS: - Fotogrametría sin Control Terrestre
- Aviación Comercial (Aproximación)

49. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
• SERVICIOS: - Inventarios de infraestructura (catastro)
- Respuesta ante emergencias
Aplicaciones

50. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Aplicaciones
• PETRÓLEO Y GAS:
- Posicionamiento de Instalaciones/Gabarras
- Lev. Geofísicos/Hidrográficos
- Navegación Marítima/Flota/Rescates

51. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Aplicaciones
• MILITARES: - Control de Mísiles/Objetivos/Robots

52. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Aplicaciones
• AGRICOLAS: - Preparación de cultivos
- Control de pesticidas y fertilizantes
- Muestreo

53. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Aplicaciones
• ESPACIALES: - Mapeo/Radar/Guiar Misiles

54. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Aplicaciones
• RECREACIONALES: - Pesca/Excursiones/Safaris/Fun Race

55. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Aplicaciones
• OTRAS: - Servicios Público, de Emergencia y Rescate
- Control de rutas

56. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Equipos
y
Accesorios

57. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Equipos
•Geodésicos

58. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Equipos
•Diferenciales

59. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Equipos
•Personales

60. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Equipos (vanguardia)

61. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Equipos
•Accesorios

62. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Casas comerciales y marcas

63. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Fuente de información (Links)

64. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Evolución muy rápida de la constelaciones de
satélites y de los métodos de
posicionamiento.
Futuro

65. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
Caso del futuro cercano…

66. El ABC del GPS A. González (Abril 2.004)
El del
Sistema de Posicionamiento Global