El documento presenta una visión general del sistema GPS, el cual ofrece posicionamiento, navegación y cronometría a través de una constelación de satélites y estaciones terrestres. Se explican los segmentos del sistema GPS, su funcionamiento mediante triangulación y las aplicaciones tanto militares como civiles. Además, se abordan aspectos como la exactitud, errores comunes y el uso de tecnologías de corrección para mejorar la precisión de las mediciones.

1. ESSC 541-542 Lecture 4.14.05
1
Ing. Luis Escudero Herrera
loeh@alu.ua.es
GPS

2. 2
¿Qué es GPS?
• Es un sistema que proporciona
posicionamiento, navegacion y
cronometria de manera gratuita e
ininterrumpidamente.
• El sistema es conformado por una
constelacion de satelites en orbita ,
estaciones terrestres de
seguimiento y control y los
receptores moviles propiedad de
cada usuario.
• Transmite señales de radio que
identifican los receptores moviles
con informacion de coordenadas de
latitud, longitud, altitud y hora
precisa.

3. 3
Satélites GPS
• El primer satélite GPS fue enviado
en 1978
• La constelación se completó en
1994
• Satélites construidos para durar
como 10 años
• Pesan aproximadamente 2000
libras y tienen 17 pies de largo
• El poder de transmisión es de
solamente 50 Watts o menos

4. 4
¿Qué es GPS?
Es una Constelación de Satélites
orbitando la Tierra mantenidos por el
Gobierno de los Estados Unidos con
el propósito de definir posiciones
geográficas en y sobre la superficie de
la Tierra. Consiste de tres segmentos:
Segmento de Control
Segmento Espacial
Segmento del Usuario

5. Segmento
Control
Segmento
Especial
Segmento
Usuario
Segmentos GPS
Monitor Stations
Ground
Antennas
Master Station

6. Consiste en el equipo
receptor de las señales
emitidas por los satélites
GPS para calcular su propia
posición. Esta compuesto
de una antena, un receptor
y una unidad de
procesamiento de señal.
SEGMENTO DEL USUARIO
•Procesador
de datos
•Antena de
banda L
•Receptor
•Interface

7. 7
Segmento Espacial
• satélites 24+
– 6 planos con 55° de
inclinación
– Cada plano tiene 4-5
satélites
– Posición de transmisión y
tiempo de información
sobre 2 frequencias
– La Constelación tiene
repuestos

8. 8
Segmento Espacial
• Orbita muy alta
– 20,200 km
– 1 revolución en
aproximadamente 12 hrs
– Viaja aprox. 7,000 mph
• Consideraciones
– Exactitud
– Habilidad de supervivencia
– Cobertura

9. 9
Segmento Control
EstaciónMaster Control
Etación Monitor
AntenaTerrestre
Colorado
Springs
Hawaii Islas
Ascención
Diego
Garcia
Kwajalein
Monitoreo y Control

10. 10
Segmento Control: Manteniendo el Sistema
(5) Etaciones Monitoras
• Corrige errores de
Órbita y reloj
•Crea nuevo mensaje
De navegación
• Observación
Efímera y reloj
Alcon AFB
Estación de
Subida de info.

11. 11
Cómo Trabaja el Sistema
Segmento
Espacial
Satélites 24+
La efímera actual
es transmitida a
los usuarios
Estaciones
Monitoras:
• Diego García
• Islas Ascención
• Kwajalein
• Hawaii
• Colorado Springs
Control de GPS
Colorado Springs
Usuario
Final

12. •
• El receptor GPS funciona midiendo su distancia a los satélites,
y usa esa información para calcular su posición con el principio de
la triangulación. Para conocer la distancia a los satélites, el equipo
puede calcular su situación geográfica multiplicando el tiempo que
tarda la señal transmitida por la velocidad de la luz. Con tres
mediciones, se puede determinar la posición.
•FUNCIONAMIENTO DEL GPS
•Pto
A
•Pto B
•Pto
C
•Longitu
d
•L
a
t
i
t
u
d
•E = T x V

13. •El GPS utiliza el principio matemático de la triangulación:
Triangulación
Mediante la medición muy
precisa de nuestra distancia
(por medio del tiempo que
tarda la señal) a los tres
satélites, podemos lograr por
"triangulación" nuestra
posición en cualquier lugar de
la tierra.

14. •COMO LO HACE?
•Supongamos que medimos nuestra distancia al primer satélite y
resulta ser de 20.000 Km. Por lo tanto debemos estar en
cualquier punto del universo que limita nuestra posición a la
superficie de una esfera que tiene como centro dicho satélite y
cuyo radio es de 20.000 Km.
•20,000 Km
•Una medición puede
•ubicarse en cualquier
•parte de la esfera

15. •A continuación medimos nuestra distancia a un segundo satélite y
descubrimos que estamos a una distancia de 22.000 Km del mismo.
Luego, estaremos en algún lugar de la circunferencia que resulta de
la intersección de las dos esferas.
Dos mediciones pueden encontrarse
en cualquier parte de este círculo

16. •Si ahora medimos nuestra distancia a un tercer satélite y
descubrimos que estamos a 24.000 Km del mismo, se limitará
nuestra posición aún mas, a los dos puntos en los cuales la esfera de
24.000 Km corta la circunferencia que resulta de la intersección de
las dos primeras esferas.
Tres mediciones pueden encontrarse
en cualquiera de estos dos puntos

17. •O sea, que midiendo nuestra distancia a tres satélites
limitamos nuestro posicionamiento a solo dos puntos posibles.
•El equipo “decide” cual de ellos es nuestra posición verdadera
por que la posición geográfica solo se da en la tierra en latitud
y longitud.
•Latitud
l
o
n
g
i
t
u
d

18. Usando el GPS
 La exactitud de un GPS suele tener un rango de error
menor de 10 metros.
 Las interferencias modifican el error ( la gente, los
edificios). Es importante tomar la medida con 5 decimales.
 La exactitud puede mejorarse si se realiza la media de los
resultados de múltiples capturas o colectas en un mismo
punto.
 El GPS debe configurarse para usar el Datum apropiado
para el área.

19. Captura de coordenadas con
GPS
• Los requisitos para una buena toma de coordenadas con el
GPS son:
– Se recomienda la recepción de al menos 7 satélites (son
necesarios 4 satélites como mínimo para determinar la
localización de un punto sobre la tierra).
– Es importante mirar cómo están colocados los satélites y
utilizar el que más te interesa.
– El GPS receptor debe estar en una zona despejada de
obstáculos sobre nuestras cabezas y lejos de superficies
reflectoras.
– Tener una visión despejada sobre el horizonte (estar bajo
una fuerte cubierta forestal no ayudaría a la toma de
coordenadas).
– Importante registrar la fecha de la medición. El 8 de Mayo
de 2001 Clinton levantó la interferencia que generaba
errores mayores de 100 metros.
– Una extensión de 30 metros es conservadora ( en zona
abierta es de 10-15 metros y bajo árboles puede llegar a ser

20. 20
Exactitud y Precisión en GPS
• Exactitud
– La cercanía de una medición al valor
estándar o verdadero
• Precisión
– El grado al cual varias medidas proveen
respuestas muy cercanas unas a otras
¿Qué afecta la exactitud y
la precisión en GPS?

21. USO DEL GPS
Básicamente, la tecnología GPS puede ser utilizada en
cualquier lugar, menos en aquellos en los cuales es imposible
recibir señal: como por ejemplo dentro de edificios, sótanos,
en socabones o bajo el agua.

22. USO DEL GPS
El uso que se le puede dar es variado:
El principal es que nos podemos ubicar en cualquier lugar del
mundo (con posiciones en coordenadas geográficas y altitud)
Se pueden grabar puntos importantes de interés como un lugar
de pesca, una embarcación hundida, un bajo, etc.
Ahorro de tiempo, espacio y combustible por que el equipo nos
puede recomendar el menor camino para ir de un lugar a otro
(Geo-referencia con un punto de inicio y uno final).
Puede conectarse prácticamente con cualquier equipo de
navegación (radar, sonar, ecosonda, etc). Conectado al
ecosonda, puede avisarnos de bajas profundidades.
Se pueden grabar datos y luego procesarlos en programas.
Adicionalmente el equipo es capaz de medir áreas en un
ambiente geográfico.

23. APLICACIONES DEL SISTEMA GPS
Originalmente las aplicaciones del sistema GPS eran estrictamente
militares, pero después del derribo de un jumbo coreano tras invadir el
espacio aéreo de la antigua Unión Soviética por un error de navegación
en 1984, el Departamento de Defensa de EUA permitió el uso de GPS
para navegación civil. A partir de entonces se pueden dividir las
aplicaciones de GPS en dos, aplicaciones militares y aplicaciones
civiles.

24. •Aplicaciones militares
•Aviación: reconocimiento y localización
de objetivos, reportaje en vuelo, cálculo de
rutas, aproximación al aterrizaje, precisión
de los bombardeos, etc...
•Fuerzas terrestres: supervivencia,
emplazamiento de artillería, reconocimiento
y localización de objetivos, recuperación de
equipos, puntos de encuentro,
evacuaciones, etc...
•Operaciones navales: navegación,
operaciones anfibias, patrulla costera,
emplazamiento de minas,
posicionamiento de submarinos, etc...
•Lanzamiento de misiles autoguiados

25. •APLICACIONES CIVILES
•Usos marítimos: navegación oceánica,
recreativa(es la mayor aplicación civil),
de puertos y zonas costeras. Posición de
emplazamientos submarinos,
localización de bancos de pesca, puntos
de encuentro, y zonas costeras, etc...
•Aviación civil: posicionamiento,
navegación aérea, aterrizaje.
•Transporte terrestre: mejora en la
eficiencia y seguridad en el transporte
de mercancías, vehículos autoguiados.
•Aplicaciones geográficas: geodesia,
geodinámica, topografía, etc...
•Usos deportivos y de seguridad

26. •En general los receptores GPS proporcionan en su
ventana principal los datos de la latitud, longitud,
velocidad y rumbo de la embarcación, la fecha y la
hora y, si está conectado a otros aparatos, la
profundidad, la temperatura del agua, etc. También
cuentan con marcas de eventos, alarmas de arribo o
de desvíos de rumbo XTE(cross track error), TIME TO
GO - TTG (tiempo para llegar), ESTIMATED TIME
ARRIVED - ETA (tiempo estimado de llegada).

27. •En los equipos integrados con plotter, se presenta
con cartas de navegación, con “tracks” o
presentación del recorrido, línea de rumbo, cursor,
controles de acercamiento, también con otros tipos
de presentación en la pantalla que simula el
recorrido de la embarcación como si fuera
carretera llamado high way.

28. 28
Fuentes de Error
• Error del Reloj
– Diferencias entre el reloj del
satélite y el reloj del recividor
• Retrazos de la Ionósfera
– Retrazo en las señales del
GPS cuando pasan a través de
la capa de iones libres de
electrones conocida como la
ionósfera.
• Error Compuesto
– Causado reflecciones de la
señal del GPS que se mezcla
co la señal deseada Antena
GPS
Superficie Dura
Satélite

29. Sources of Errors
• Largest source is due to the atmosphere
– Atmospheric refraction
• Charged particles
• Water vapor
•Ionosphere
•(Charged Particles)
•Troposphere

30. •Some typical errors
 Satellite clock error ± 2 meter
 Receiver noise ± 0.5 meters
 Interference in
ionosphere and troposphere ± 5 meters
 Multipath error ± 1.4 meter
Satellite position (“ephemeris”) error ± 2 meters
 poor GDOP up to 200 meters
 Human errors up to hundreds of meters
 Receiver errors
(hardware, software, antenna) any size possible

31. Using a handheld GPS receiver
•Typical accuracy: ±10 m Horizontal
( civilian use, good GDOP)
Results of measurements over one month (Garmin 12XL)
Horizontal Accuracy (50%) ± 3.9 meters
Vertical Accuracy (50%) ± 9.6 meters
Horizontal Accuracy (95%) ± 9.3 meters
Vertical Accuracy (95%) ± 21.9 meters
•Source: GPS ACCURACY MONITOR by Dennis Milbert
(http://mywebpages.comcast.net/dmilbert/handacc/accur.htm)

32. GPS Diferencial
El GPS diferencial es un sistema que proporciona a los receptores
de GPS correcciones a los datos recibidos de los satélites GPS con el
fin de proporcionan una mayor precisión en la posición calculada.
Se concibió fundamentalmente debido la introducción de la
disponibilidad selectiva (degradación intencionada de la señal GPS
con el fin de evitar la excesiva precisión de los receptores GPS
comerciales modernos).
El uso de GPS Diferencial proporciona una exactitud de 1 a 2
metros (Sistema que proporciona, a los receptores de GPS,
correcciones a los datos recibidos de los satélites GPS, a partir de un
receptor GPS de referencia fijo en tierra)
Los GPS Diferenciales en tiempo real: Tienen una alta precisión y
dan una exactitud en un rango de centímetros. Son muy caros y
pocas veces se necesita tanta precisión en los registros de las
colecciones biológicas.

33. 33
GPS Diferencial
• Método de remover errores que afectan las
mediciones del GPS
• Un recibidor de estación base se coloca en una
localización donde las coordenadas son conocidas
• La señal tiempo en la localización de referencia se
compara con el tiempo en la localización remota
• La diferencia de tiempo representa el error en la señal
del satélite
• Las correcciones en tiempo real son transmitidas al
recibidor remoto
– Frecuencia simple (1-5 m)
– Frequencia real (sub-métrica)
• Post-Procesamiento de GPS Diferencial implica
correciones un tiempo más tarde
Localización
Referente
Localización
Remota
= Error
www.ngs.noaa.gov/OPUS
Online post-processing

34. 34
Sistema WAAS (WIDE AREA AUGMENTATION
SYSTEM
• Sistema de satélites y estaciones
terrenas que provee correciones de
señales de GPS
• 25 estaciones terrenas de referencia
a través US
• Estaciones maestras crean
correción de mensajes GPS
• Mensaje diferencial corregido es
transmitido a través satélites
geoestacionarios a un recividor
• 5 Veces la exactitud (3 m) 95% del
tiempo
• Solamente requiere GPS habilitados
con WAAS

35. WAAS Differential
Step #1 – Reference stations receive GPS signals and
calculate error

36. WAAS Differential
Step #2 – Reference stations create interpolated error map

37. WAAS Differential
Step #3 – Master stations upload error map to WAAS satellites

38. WAAS Differential
Step #4 – WAAS satellites broadcast corrections

39. GPS Accuracy Comparison
GPS Device Autonomous WAAS
DGPS
Real-time
DGPS
Post-process
DGPS
Garmin GPSMap 76s ~ 10 - 15 ~3 3 1 - 3
Rockwell – PLGR
Federal Users Only ~ 8 - 15 NA 3 NA
Trimble - GeoXT ~ 10 ~3 1-3 Sub-meter
•Accuracy given in meters

40. 40
Datum y Sistema de Coordenadas
• Hay muchos sistemas de
dato y coordenadas en uso
actualmente
• Referenciación incorrecta de
coordenadas al datum puede
resultar en errores de
posición de cientos de metros
• Con, exactitud sub-métrica
disponible con los GPS de
hoy día, una cuidadosa
selección y conversión del
datum es crítica!
¿Porqué debería de preocuparme por
sistemas de datum y coordenadas
cuando use GPS?

41. 41
Dato Geodético: ¿Qué es?
• Define el tamaño y la
forma de la tierra
• Used como base para
sistemas de coordinada
• Variedad de modelos:
– Tierra plana
– Esférica
– Elipsoidal
• WGS 84 define alturas
geoides para toda la tierra

42. 42
Sistemas de Coordenadas: ¿ Qué son?
• Basados en Dato Geodético
• Describe localizaciones en dos o tres
(ie. X,Y,Z or X,Y)
• Local y Global
• Sistemas comunes
- Lat, Long Geodésica (global)
- UTM (local)
- State Plane (local)
• Variedad de métodos de transformación
www.uwgb.edu/dutchs/UsefulData/UTMFormulas.HTM
Herramienta de
conversión en línea

43. 43
Latitud, Longitud
• El Meridian de Greenwich y el Ecuador son
planos de referencia usados para definir la
latitud y la longitud

44. 44
¿Cuál es la localización
correcta?
La misma localización puede tener varias
posiciones de referencia, dependiendo del
sistema de coordenadas usado

45. 45