Este documento describe los componentes fundamentales del Sistema de Posicionamiento Global (GPS). Explica que el GPS consta de tres segmentos: el segmento espacial formado por 24 satélites, el segmento de control en tierra y el segmento de usuarios. También describe los posibles errores en las mediciones de posición del GPS como los errores atmosféricos, geométricos y de reloj.

1. SISTEMA DE
POSICIONAMIENTO GLOBAL
(GPS)
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Ing. Solórzano

2. SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL
SISTEMAS DE REFERENCIA
1. GEODESIA
2. MODELOS TERRESTRES
2.1. Superficie Real
2.2. Modelos Físicos
2.3. Modelos Geométricos
2.4. Modelos Matemáticos
3. ELIPSOIDE TERRESTRE
4. DATUM
5. GPS
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3. SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL
1. GEODESIA
Es la ciencia que tiene por objeto determinar la
forma y las dimensiones de la tierra así como los
parámetros que definen el campo de gravedad.
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4. SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL
2. MODELOS TERRESTRES
2.1 Superficie Real. Está constituida apenas por las
partes sólidas, se encuentra en contacto con la
troposfera, es totalmente irregular, no puede ser
representada en forma matemática, su forma no
es rígida es variable.
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5. SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL
2.2 Modelos Físicos. Es la representación de la Tierra
donde se toma en consideración los efectos de la
fuerza de la gravedad, los efectos de la fuerza
centrífuga, y la fuerza gravitacional, siendo
generadas superficies equipotenciales.
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6. SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL
2.3 Modelo Geométrico.
GEOIDE
Es el geope cuyo potencial coincide con el
potencial del nivel medio del mar, se supone
homogéneo, libre de perturbaciones de cualquier
naturaleza, en reposo y por lo tanto sujeto apenas
a la acción de la fuerza de la gravedad, no posee
representación matemática definida por lo que
existen algunas aproximaciones, siendo una de
ellas la superficie media del mar prolongada a los
continentes. Esta superficie es denominada Nivel
Medio del Mar (NMM)
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7. SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL 07
EL GEOIDE

8. SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL
2.4 Modelos Matemáticos Constituido por el empleo de
figuras geométricas con representaciones matemáticas,
así tenemos:
a. Elipsoide Escaleno.
b. Elipsoide de revolución.
c. Esfera.
d. plano
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9. SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL
3. ELIPSOIDE TERRESTRE

10. SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL
Se ha determinado que la figura que más se aproxima a la
forma de la Tierra es un ELIPSOIDE DE REVOLUCIÓN, (un
elipsoide de revolución es una figura generada por la
rotación alrededor de su eje menor). En esta superficie se
puede hacer mediciones de distancias, curvaturas, áreas,
etc. Por ser una figura analítica
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11. SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL 10
Relación entre el
SUPERFICIE REAL
GEOIDE
ELIPSOIDE

12. SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL
4. DATUM
Un Datum es un modelo matemático que intenta
aproximar la forma de la superficie de la tierra (que como
sabemos no es una esfera regular), normalmente a través
de un elipsoide, en una zona determinada, y permite
calcular posiciones y áreas de una manera consistente y
precisa.
Cada datum se compone de un modelo matemático y
de un punto, llamado Fundamental, en el que las
coordenadas astronómicas (las del elipsoide) y las
geográficas (las de la Tierra) coinciden. El datum está
representado físicamente por un entramado de
referencias base en la Tierra cuyas posiciones han sido
escrupulosamente medidas y calculadas para esa
determinada zona.
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13. SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL 12
DATUM LOCAL:
Es la mejor aproximación
De la forma y tamaño de
una determinada área.
El centro del elipsoide NO
coincide con el centro de
masa de la Tierra.
Ejemplo:
• Australian Geodetic 1966
• Provisional South American
1956
• South America 1969

14. SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL
Datum
Geocéntrico
Es la mejor
representación de la
forma y tamaño de la
Tierra como un todo. El
centro del elipsoide
coincide con el centro
de masa.
Ejemplo
WGS 84
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15. SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL
14
GPS
1. HISTÓRICO DE LAS TÉCNICAS DE POSICIONAMIENTO

16. 5. ¿ Qué es GPS ?
Este sistema proporciona, a nivel mundial, en todas
las condiciones atmosféricas y durante las 24 horas,
información sobre posición y tiempo.
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El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) es una
constelación de satélites que gira alrededor de la
Tierra. El Gobierno de Los Estados Unidos
mantiene el programa, el cual tiene como objeto
definir las posiciones geográficas en y sobre la
superficie de la tierra.

17. 17
 Segmento Espacial
 Segmento de Control
 Segmento para Usuarios
El Programa está compuesto de tres segmentos
La precisión del posicionamiento con GPS
varía desde metros hasta centímetros,
dependiendo del equipo y técnicas utilizadas.
¿ Precisión del GPS ?

18. SEGMENTO ESPACIAL
 24 satélites
 6 planos con 55° de
inclinación respecto al
Ecuador
 Cada plano tiene 4 ó
5 satélites
 2 frecuencias para
difusión de posición y de
información sobre tiempo
 La constelación tiene
suplementos
 Orbita muy alta
 20,200 km
 1 revolución en
aproximadamente 12
horas Siderales ( 1 hora
con 58 minutos)
 Para precisión
 Supervivencia
 Cobertura
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19. SEÑALES GPS
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Se requieren al menos 4 satélites para el
posicionamiento en 3 dimensiones
* Velocidad de la señal
300,000 Km/seg.
* Tiempo en recibir
La señal: 0.07 Seg.

20. 20
* 120 * 154
L1
1575.42 Mhz
Código P
10.23 Mhz
Código C/A
1.023 Mhz10.23 Mhz
Código P
Frecuencia Fundamental
10.23 Mhz
L2
1227.60 Mhz
FRECUENCIAS GPS
Cada Satelite transmite en dos
Frecuencias:

21. Segmento de Control 21
Estación de Control Maestra
Estación Monitora
Antena Terrestre
Colorado
Springs
Hawaii Ascension
Islands
Diego
Garcia
Kwajalein
Monitor y control

22. Segmento Usuario 22
Comprende un número ilimitado de receptores que
reciben las señales y calculan la posición instantánea y
otros datos de navegación.
INTEGRA TODOS LOS USUARIOS CIVILES Y MILITARES

23. 23
Receptores de navegación
Los receptores de navegación
funcionan solos (en modo natural).
Miden distancias a partir de la
medición del tiempo de trayectoria de
la onda del emisor al receptor.
Estos receptores son pequeños
instrumentos portatiles y
autónomos. Dan en tiempo real la
posición del receptor hasta unos
10 metros de precisión.

24. 24
Receptores geodésicos
Estos receptores funcionan en modo
diferencial (dos receptores al mismo
tiempo).
Estos receptores están constituidos de:
* una antena,
* un trípode,
* un colector separado enlazado
por un cable a la antena.
En este modo, los cálculos de posición
están generalmente efectuados después
de las mediciones (Post-proceso) por la
comprobación de las informaciones
registradas con cada receptor.
SEGMENTO DEL USUARIO

25. 25
Precisión del GPS
La precisión del posicionamiento con GPS varía desde 1
centímetro hasta unos metros, dependiendo del equipo y
las técnicas de medición utilizadas.
Cada aplicación tiene su precisión:
navegación espacial, marítima o
terrestre, topografía, observación de
embalse hidráulico, tectónica de las
placas,...
Según la aplicación, utilizamos un receptor de navegación o
un receptor geodésico.
SEGMENTO DEL USUARIO

26. Unificación de tres
Segmentos
26
Segmento Espacial
24 Satélites
Control GPS
Colorado Springs
La Efemérides
Actual se
Transmite a los
Usuarios
Estaciones de
Monitoreo
• Diego Garcia
• Ascension Island
• Kwajalein
• Hawaii End
User

27. 27
LAS ESTACIONES DE CONTROL Y LOS
SATELITES POSEEN 4 RELOJES ATOMICOS
* 2 RELOJES DE CESIO
* 2 RELOJES DE RUBIDIO
Estables por largo tiempo, pierde un segundo por cada
300,000 años.
Precisión de 0.0000000000001 Seg.
Estables por corto tiempo, pierde un segundo por cada
30,000 años.
Precisión de 0.000000000001 Seg.
Costo de los relojes: $ 100,000 cada uno.
RELOJES DEL SISTEMA

28. FUENTES DE ERRORES 28
 Disponibilidad Selectiva (AS)
 Anti Spoofing (Antiespionaje SA)
 Error de la Ionósfera
 Error de la Tropósfera
 Error de Multitrayectoria
 Pérdidas de Ciclo

29. 29
SA degrada la precisión en una posición relativa de 100 metros
Error intencional introducido por el Departamento de
Defensa de los EE.UU.
DISPONIBILIDAD SELECTIVA
Antiespionaje es codificar el código P, para prevenir su
uso de transmisiones falsas por el enemigo.
ANTI SPOOFING

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ERROR DE LA IONOSFERA
Capa Atmosférica entre
los 100 y 1000 Kms. donde las
radiaciones solares ionizan moléculas
gaseosas que liberan electrones
ERROR DE LA TROPOSFERA
Capa de la Atmósfera compuesta
por aire seco y vapor de agua,
empieza en la superficie de la tierra
hasta los 40 Kms. encima de ella.
ERROR ATMOSFERICOS

31. ERROR DE MULTITRAYECTORIA
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Efectos de Multitrayectoria en la Señal GPS
Antena
GPS
Superficie Dura
• Evite Superficies Reflexivas
• Use una Antena Terreste
• Use un Receptor Multitrayectoria de Rechazo
Satélite

32. PERDIDA DE CICLO
32
•Las pérdidas de ciclos o
(cycle slip) suponen un salto
en el registro de las medidas
de fase por:
•Intercepción o perdida de
la señal enviada por el
satélite (árboles, edificios,
montañas)
•Baja calidad de la señal,
SNR (calidad señal-ruido)
debido a una baja elevación
del satélite, malas
condiciones ionosféricas,
multipath, etc.

33. 33
ERROR EN LAS EFEMERIDES
ERROR DE POSICIÓN DEL
SATÉLITE CAUSADO POR
FENÓMENOS COMO:
 ATRACCIÓN GRAVITACIONAL
DE LA LUNA Y EL SOL
 PRESIÓN DE LA RADIACIÓN
SOLAR
 EFECTOS MAGNÉTICOS

34. 34
 DISTANCIA HASTA EL
SATÉLITE ESTÁ EN FUNCIÓN
DEL TIEMPO
 ERRORES EN LOS
RELOJES PUEDEN CAUSAR
ERRORES DE DISTANCIA
 EL CUARTO SATÉLITE
REDUCE LOS ERRORES DE
RELOJ
ERROR DEL RELOJ

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 DILUCIÓN DE LA
PRECISIÓN GEOMÉTRICA
GDOP
 MÁS SEPARACIÓN ENTRE
SATÉLITES MEJORA LA
GEOMETRÍA Y LA SOLUCIÓN
DE POSICIÓN
 MÁS CERCANOS ENTRE
LOS SATÉLITES PEOR SERÁ
SU GEOMETRÍA Y MÁS
POBRE LA SOLUCIÓN DE
POSICIÓN
GEOMETRIA DE LOS SATÉLITES

36. 36
Porqué Utilizamos Satélites
La Línea de Visión No Es
Necesaria
Vector Calculado