El documento describe el Sistema de Referencia Geodésico Mundial 1984 (WGS84), el cual es el mejor sistema de referencia geodésico global para aplicaciones de geoposicionamiento, navegación y estudios geofísicos. El WGS84 define un sistema de coordenadas global basado en un elipsoide de revolución y parámetros físicos que modelan el campo gravitatorio terrestre. Adicionalmente, explica los conceptos básicos del posicionamiento global mediante satélites (GPS) y cómo este sistema utiliza el WGS84 como marco de referencia.

1. SISTEMA DE REFERENCIA PARA GPS
GEODESIA II
PROF.: ING. RICARDO MORA FERNANDEZ
ELABORADO POR: JULIO CARVAJAL AGUIRRE

2.  En la actualidad, la utilización de los GPS es común sobre
todo para trabajos de ingeniería y sobre todo topografía
donde la precisión es fundamental. Debido a ello, se ha
presentado una dificultad cuando queremos utilizar el GPS en
cualquier parte del mundo y que nos presente con las
coordenadas que corresponde al sistema local de ese país. Es
por esta razón que debemos tener conocimientos sobre el
Sistema Geodésico Mundial 1984 o WGS84, el mejor sistema
de referencia geodésico global para aplicaciones
cartográficas, geoposicionamiento, navegación y estudios de
geofísica.
GEOFISICA: La geofísica es la ciencia que aplica los principios físicos al estudio de la Tierra. Los geofísicos examinan los
fenómenos naturales y sus relaciones en el interior terrestre. Entre ellos se encuentran el campo magnético terrestre, los
flujos de calor, la propagación de ondas sísmicas y la fuerza de la gravedad.
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3.  Las aplicaciones geodésicas globales requieren que
se defina de una manera inequívoca tres superficies:
 La superficie topográfica de la Tierra.
 Una superficie matemática que permita una relación
biunívoca entre el sistema de coordenadas
geodésico correspondiente, es decir, un elipsoide de
revolución y unos parámetros físicos que permitan
modelar el campo gravitatorio terrestre sobre el
elipsoide y sus proximidades.
 una equipotencial del modelo del campo gravitatorio
que acompaña al sistema para relacionar los
sistemas de altitudes, el geoide asociado con el
sistema de referencia.
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4. EL ELIPSOIDE
EL GEOIDE
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5. Normal al Elipsoide

Normal al geoide (linea de la
P plomada o vertical del lugar)
 - deflección de la vertical
Superficie
H – altura ortométrica H terrestre
h geoide
h – altura elipsoidal
N – ondulación del geóide
N
h=H+N ellipsoide
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6.  Definición:
consiste en una serie de prescripciones y
convenciones junto con un modelo requerido para
definir en cualquier momento un sistema de ejes
coordenados.
Un sistema de referencia es un conjunto de
coordenadas espacio-tiempo que se requiere para
poder determinar la posición de un punto en el
espacio.
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7.  Sistema de referencia terrestre:
fijos a la tierra y se utilizan para determinar coordenadas
sobre la superficie terrestre. Al igual que la tierra están en
Continua rotación. Al aparecer aceleraciones rotacionales
(centrifuga y de coriolis), reciben el nombre de no inerciales.
 Sistema de referencia espacial:
los sistemas de referencia inerciales o fijos al espacio son
mas utilizados para definir la posición de estrellas, planetas
y satélites artificiales. Sistemas inerciales afectados por la
primera ley de Newton.
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8.  Sistema elipsoidal: consiste en aproximar la
figura matemática de la tierra, el geoide, por un
elipsoide de revolución. El grado de
aproximación con el geoide que puede obtenerse
al adoptar un elipsoide de referencia es muy alto.
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9.  Clark 1866.
 Hayford 1909 o Internacional 1924.
 Sudamericano 1969.
 WGS84.
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10. 10

11. • El WGS84 fué establecido en 1987 con base a observaciones del
Sistema TRÁNSIT. El WGS84 es un sistema de coordenadas
geográficas mundial que permite localizar cualquier punto de la
Tierra (sin necesitar otro de referencia) por medio de tres unidades
dadas
• Actualmente el WGS84 es actualizado por coordenadas asignadas
a las estaciones de seguimiento satélital, usadas para el cálculo
preciso de órbitas GPS por el National Imagery Mapping Agency
(NIMA).
• NIMA usa 5 estaciones de seguimiento satélital operadas por la
fuerza aérea, más 7 estaciones operadas por NIMA. Las
coordenadas de las estaciones de seguimiento poseen una
exactitud absoluta de ±5 cm (1σ).
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12.  Las coordenadas para las estaciones globales de
referencia han sido refinadas dos veces: en 1994 y en
1996. Los dos sets de coordenadas fueron obtenidas
por mediciones satelitales en un Marco Coordenado
de Referencia Terrestre (ITRF) designadas como:
 WGS84 (G730 o 1994)
 WGS84 (G873 o 1997)
 “G” indica que las coordenadas son obtenidas
empleando técnicas satelitales y el número indica el
número de la semana GPS. Estas coordenadas
fueron obtenidas usando efemérides GPS precisas.
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13.  El WGS84 fue establecido después de un ajuste
de 7 parámetros de transformación de acuerdo al
ITRF92 con diferencias de aproximadamente de
10cm.
 Otras comparaciones similares entre el WGS84 y
el ITRF94 revelan diferencias sistemáticas no
mayores de 2cm; así que podemos decir que el
WGS84 y el ITRF94 prácticamente son
equivalentes o coincidentes.
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14.  El sistema de referencia WGS84 es un sistema global
geocéntrico, definido por los parámetros:
 Origen: Centro de masa de la Tierra
 Sistemas de ejes coordenados:
 Eje Z: dirección del polo de referencia del IERS _ The
International Earth Rotation Service
 Eje X: intersección del meridiano origen definido en 1984.
 Eje Y: eje perpendicular a los dos anteriores y coincidentes en el
origen.
 Elipsoide WGS84: elipsoide de revolución definido por los
parámetros:
 Semieje mayor (a) = 6 378 137 m
 Semieje menor (b) = 6 356 752.3142 m
 Achatamiento f: 1/298,257223563
 Constante de Gravitación Terrestre GM = 3,986004418x1014 m3/s2
 Velocidad angular: ω = 7,292115x10-5 rad/s
 Coeficiente de forma dinámica: J2= -484,166 85 x 10-6
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15.  Semieje mayor del elipsoide: coincide con el sistema
geodesico de referencia GRS1980.
 Achatamiento: no coincide numericamente con el
GRS1980 (Geodetic Reference System ). Como
consecuencia del achatamiento dinamico
adoptado, en el modelo gravitacional del sistema es
diferente.
 Velocidad angular de la tierra: este valor es para
una tierra estandar rotando con una velocidad
angular constante.
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16. 16

17. 17

18. 18

19. Órbita GPS del Satélite
Receptor GPS
Centro de Masas Terrestre
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20. • El NAVSTAR Sistema de Posicionamiento
Global (GPS por sus siglas en Inglés) es un
sistema de radio-posicionamiento que usa
medición de tiempo.
• Financiado, diseñado, desarrollado y operado
por el Departamento de la Defensa de los
Estados Unidos (DoD).
• Diseñado para todo tipo de climas, en forma
interrumpida, en cualquier lugar de la tierra.
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21. Segmento del Espacio
Estación de Control
(Colorado, Springs)
Segmento
de
Control
Segmento del Usuario Estaciones de Monitoreo (Hawaii, Isla
Ascención, Diego García y Kwajalein)
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22. • 24 satélites activos.
• Altitud ~20,000 km.
• Períodos de 12-horas
• 6 planos de la órbita, 55 .
• Al menos 4 satélites visibles todo el
tiempo de cualquier posición sobre la
superficie terrestre (de 5-7 en la
mayoría de los casos).
• Frecuencia fundamental 10.23 MHz.
• 4 satélites visibles todo el tiempo en
cualquier lugar de la superficie
terrestre (de 5-7 comunmente).
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23. • La base del GPS es la “triangulación“ usando los
satélites.
• Para “triangular” el receptor GPS mide la distancia
considerando el tiempo de viaje de la señal (de
radio) del satélite.
• Para determinar ésta distancia, el GPS necesita
saber con alta exactitud el tiempo, el cual es
obtenido usando algunas técnicas o procedimientos.
• La incógnitas principales son las 3-coordenadas de la
antena del receptor (usuario).
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24. • Matemáticamente necesitamos 4-distancias a los
satélites para poder determinar la posición exacta
del receptor (más error de reloj).
•La clave a cerca de la
exactitud del GPS es el
hecho que la señal es
controlada mediante el
uso relojes muy precisos
(atómicos).
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25. • La superficie de referencia en altimetría es el
Geoide, mientras que para el GPS es el Elipsoide
• Se necesita conocer el geoide para la región  N
• El geoide necesita estar referido al mismo
elipsoide de referencia, o ajustarse al datum local
• En general el geoide es determinado a partir de
un punto de referencia (Datum para las alturas)
• Determinación del geoide Regional o local
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26.  La altura elipsoídica h, es la separación de un punto
P al elipsoide que se toma como referencia, y es la
que se obtiene directamente por las mediciones con
GPS. Para nosotros poder convertir las alturas
elipsoídicas h, en alturas ortométricas
H, deberíamos conocer la diferencia de altura entre
ambas superficies en cada punto, esto es la
ondulación del geoide N en cada punto, además de
omitir la desviación relativa de la vertical o ángulo
que forman entre sí las perpendiculares al Geoide y
al Elipsoide.
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27. 27

28. P
P
H1
h1 H2
h2 geoide
N2
N1
ellipsoide
H = H2 - H1 = h - N
h = h2 - h1 = H + N

29. Duración de las cesiones
Con 4 satélites y condiciones normales de la ionosfera
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30. 30

31. 31

32.  NAVSTAR (USA)
 GLONASS (RUSO)
 GALILEO (UE)
 EGNOS (European Geostationary Navigation
Overlay Service)
 BEIDOU (CHINA)
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33. GEODESIA:
Receptores Geodésicos
• Receptores con doble frecuencia (L1 y L2).
• De 9 a 12 Canales
• Más Precisos.
• Mediciones de código y de fase Portadora.
• Medición de distancias largas (500 Km.. por ejemplo).
• Caros (Costo $ 50,000 )
 Precisión de la línea base:
 5mm + 1 ppm en modo estático
10 a 20 mm + 1 ppm en modo dinámico
Fuente:http: www . Leica-Geosystems . com 33

34. TOPOGRAFIA:
Receptores Topográficos
• Receptores de con una frecuencia (generalmente L1).
• De 9 a 12 Canales
• Menor precisión.
• Miden Pseudo distancias y Fase Portadora.
• Medición de distancias hasta 100km.
• Costo $ 30,000 US
• Precisión de la línea base:
 10mm + 2 ppm, método estático
15 a 30 mm + 2 ppm. método dinámico
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35. Sistemas de Información Geográfica:
Receptores GPS/SIG
• Receptores de una frecuencia.
• De mano.
• Menor precisión.
• Miden Pseudo distancias y algunos miden Fase Portadora.
• Medición poco frecuente de distancias hasta 20km.
• Costo $ 13,000 US
•
Precisión de la línea base con mediciones de pseudo rango
(código):
 1 a 5 metros, método estático
2 a 10 metros, método dinámico
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36. NAVEGACION:
Receptores para la Navegación
• Receptores de una frecuencia.
• De mano.
• Baja precisión.
• Miden solamente pseudo distancias.
• Equipos para proveer ubicación a vehículos
• Costo $ 300 a 690 US
 Precisión de la ubicación:
 100 metros
15 metros , con SA apagada
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39.  En la azotea del Edificio Dr. Franklin Chang Díaz en Pavas, sede
del Centro Nacional de Alta Tecnología (CeNAT), se encuentra
operando la primera Estación de Referencia de Operación
Continua en Costa Rica (CORS por sus siglas en inglés:
Continuum Operation Reference Station), equipo que calcula la
posición geográfica de un punto predeterminado con alta
precisión.
 Es una estación de referencia del Sistema de GPS , la cual opera
las 24 horas y está enlazada a una red mundial, a cargo de la
Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de los EE.UU.
(NOAA). Esta red engloba receptores que operan en EE.UU.
México, Guatemala, Honduras, Nicaragua, Islas
Caimán, Bermuda, Alaska, Hawai, Puerto Rico, Samoa, Islas
Marshall, Guam, Irak y Brasil.
 Los datos procesados mediante este sistema deben ser
ingresados en un GPS con capacidad para corrección diferencial.
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40.  Este instrumento se utiliza para
mejorar la precisión de datos
tomados en el campo con
GPS, sea recorridos o puntos
fijos, y la corrección se podría
dar en tiempo real y con un nivel
de exactitud de decímetros o
centímetros. Esta tecnología es
de utilidad para topógrafos
(mejorar la medición de
terrenos), ingenieros forestales
(ubicación y medición de los
tamaños de bosques) y
geógrafos (creación de
cartografía más precisa), etc.
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