Sistema de posicionamiento global GPS

Sistema de Posicionamiento
Global GPS
Topografía I
María José Rivas Dávila
C.I: 20.199.925

Sistema de Posicionamiento Global
GPS
Es un sistema de radionavegación basado en la emisión de señales desde una
constelación artificial de 24 satélites orbitando alrededor de la tierra. Esta
constelación recibe el nombre de NAVSTAR (Navigation satellite timing and ranging)
El sistema GPS fue desarrollado por el
departamento de defensa de los estados
unidos con fines militares en 1978.
Sistema NAVSTAR

Actualmente este sistema consta
de 24 satélites artificiales (21
regulares mas 3 de respaldo) y sus
respectivas estaciones en tierra.
GPS
En el campo de la ingeniería civil el GPS se ha
convertido en una herramienta indispensable para la
determinación de posiciones y realización de
levantamientos topográficos con rapidez y precisión.
Actualmente la tecnología permite manejar los datos
obtenidos por medio de GPS con programas de
aplicación de las ramas de ingeniería y geodesia.

GPS
En 1957, la Unión Soviética lanzó al espacio
Sputnik I, que era monitorizado mediante la
observación del efecto Doppler.
La armada estadounidense rápidamente aplicó esta
tecnología para proveer a los sistemas de
navegación de sus flotas. Así surgió el sistema
TRANSIT, que quedó operativo en 1964 y hacia
1967 estuvo disponible además para uso
comercial.

GPS
Las actualizaciones de posición en ese entonces se
encontraban disponibles cada 40 minutos y el observador
debía permanecer casi estático para poder obtener
información adecuada.
Posteriormente en esa misma década y gracias al
desarrollo de los relojes atómicos se diseño una
constelación de satélites portando cada uno de
ellos uno de estos relojes y estando todos
sincronizados con base en una referencia de
tiempo determinado.

GPS
En 1973 se combinaron los programas de la Armada y el de la Fuerza
Aérea de los Estados Unidos (consiste en una técnica de transmisión
codificada que proveía datos precisos usando una señal modulada con un
código de PRN (Pseudo-Random Noise: ruido pseudo-aleatorio), en lo
que se conoció como Navegation Technology Program (programa de
tecnología de navegación), posteriormente renombrado como NAVSTAR
GPS.
Entre 1978 y 1985 se desarrollaron y lanzaron once satélites prototipo
NAVSTAR, a los que siguieron otras generaciones de satélites hasta
completar la de 1993 operando hasta abril de 1995.

GPS
Posición 3D (coordenadas
X,Y,Z)
Tiempo; los satélites emiten
información temporal en UTC
(universal time coordinated)
Velocidad del móvil; Sistema
diseñado de modo que en
cualquier instante y lugar del
planeta existan en línea de
vista al menos 4 satélites.
El sistema GPS calcula con gran precisión y en tiempo real los siguientes
parámetros:

GPS
• El sistema GPS ofrece dos sistemas de
posicionamiento
• Standart positioning service (SPS)
• No tiene restricciones ni limites de uso.
• Ofrece una precisión de 100m en el plano
horizontal y 156m de altura. Permite fijar el
tiempo con un error de 340nseg.
Estándar
• Positioning service (PPS)
• Precisión de 10m en el plano horizontal y 14m
en el vertical.
• Ofrece información temporal en UTC.
• Principalmente es usado por militares y agentes
del gobierno.
Precisión

GPS
Trilateración
Satelital
Medición de
distancia desde
los satélites
Medición
precisa del
tiempo
Los fundamentos involucrados en las mediciones
con GPS
Conocimiento
preciso de la
orbita del satélite
Corrección de
errores en la
propagación de la
onda

GPS
Trilateración
Satelital
• Los satélites se encuentran girando alrededor de la tierra
en orbitas predefinidas a una altura aprox. 20.200km.
• Siendo posible conocer con exactitud la ubicación de un
satélite en un instante de tiempo dado.
• 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.

GPS
Trilateración
Satélital
• Si medimos la distancia de un segundo satélite al mismo receptor se
generará una superficie esférica, 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
intersección de dos esferas

GPS
Trilateración
Satélital
• 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.
• 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.

GPS
Trilateración
Satélital
• Matemáticamente es necesario determinar una cuarta
medición a un diferente satélite a fin de poder calcular las
cuatro incógnitas x,y,z y tiempo.

GPS
Medición de
distancias desde
los satélites
• La distancia de un satélite a un receptor se calcula midiendo
el tiempo de viaje de la señal de radio. 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.
V= Velocidad de la señal de radio, aproximadamente la
velocidad de la luz.
T= Tiempo de viaje de la señal en segundos.

GPS
Medición precisa
del tiempo
• Esta medición es 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 km a la tierra es
de 0.067seg.

GPS
Conocimiento
preciso de la
orbita de los
satélites
• 24 satélites operacionales en el sistema NAVSTAR orbitando la tierra
cada 12hrs. a una altura de 20.200km.
• Existen 6 diferentes orbitas inclinadas aprox. 55º con respecto al
Ecuador.
• Alrededor de cada uno de estos planos giran cuatro satélites que son
monitoreados constantemente por el departamento de defensa de
los estados unidos.
• En tierra existen 5 estaciones de seguimiento y control 3 estaciones
de alimentación de datos y 1 de control maestro.

GPS
Corrección de
errores en la
propagación
de la onda
• Errores Propios del satélite: errores orbitales: que afectan la
determinación de la posición de 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 de Reloj: Aunque sumamente precisos, los relojes
atómicos pueden presentar variaciones debido a la deriva propia
del instrumento y a la acción de los efectos que originan iun
diferencial del tiempo entre el sistema de satélite y del sistema
de GPS.
• 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.

GPS
Errores originados por el Medio de
Propagación
El error por ruta múltiple
(multi path).
Señal Bloqueada

GPS
Errores en la Recepción
Estación base o de referenciaRecibidor diferencial
•El Ruido
•Centro de fase de la antena
•Errores del reloj oscilador
•Error de disponibilidad selectiva
(Corrección diferencial)

GPS
Error de disponibilidad selectiva
•El error de disponibilidad selectiva (S/A), es una degradación de la señal del satélite
causada en forma intencional por el departamento de defensa de los estados unidos.
•El error de disponibilidad selectiva se corrige mediante la técnica de la Corrección
Diferencial en la cual se usa un receptor en una estación base cuya posición sea
conocida con precisión y un receptor en el punto que se desea ubicar, recolectando
datos simultáneamente,

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