01 1- introduccion gps modo de compatibilidad

1.- Introducción a GPS

Introducción al Sistema GPS

3 Leica Geosystems Mexico

•Descripción del Sistema GPS

•Clasificación Según su Aplicación

•Ventajas del Sistema GPS

•Limitaciones del Sistema GPS

Introducción al Sistema GPS


Global Positioning System

Sistema de Posicionamiento Global

Sistema puesto en servicio (1978 ) y administrado p or el Departamento de Defensa de los E. U. A. Usa la constelación NAVSTAR ( NAVigation

System Time And Range ) Sistema de Navegacion que proporciona tiempo y distancia y sirve para proveer al usuario de info rmación de alta

precisión de:

· Navegación· Ubicación exacta en 3D· Tiempo (Sincronización)

Descripción del Sistema GPS

GPS


Constelación de 32 Satélites.

• 28 Satélites disponibles,• 4 Satélites de Reserva,• Ubicados en 6 planos orbitales, • 55°de inclinación,• Angulo de separación 60°,• 20,200km de altura orbital,• 12 horas de período orbital,• Visibles entre 4 y 5 horas,• Vida Útil de 7.5 años,• Relojes atómicos de Cesio-Rubidio,

• Precisión nona segundos0.000 000 001 seg.

Componentes del Sistema GPS

Segmento Espacial:


Ecuador55°


Estado Actual 2 – Agosto – 2007.


Componentes del Sistema GPS.

Segmento Usuario:

Recibe las señales de los satélites y las utiliza para calcular la posición de un punto o móvil.

Controlador:

Manipula y Muestra los Datos del Receptor.

Receptor:

Registra los datos transmitidos, calcula la distancia receptor-satélite y almacena toda la Información.

Antena:

Recibe la señal de los satélites.




D = V x T

Mediciones de GPS con Código.(Pseudo-Rangos o Pseudo-Distancias)

La Distancia es calcula por la diferencia de tiempo entre la velocidad de transmisión de la señal de GPS.

Distancia = Velocidad X Tiempo

D= V x T

T = 10:25:30.1212-10:25:30.1901

T = 0.0689 seg.

D = 300,000 Km/seg. X ( 0.0689 seg. )

D = 20,670 Km .

Vel. de Transmisión:

300,000 Km/seg.

10:25:30.1212

10:25:30.1901


Xll

Vl

Principio GPS: Distancia

Xll

Vl

Xll

Vl

Xll

Vl

Distancia = Tiempo de Viaje x Velocidad de la Luz


Estamos ubicados en algún lugar de una esfera de ra dio R1

R1

Principio GPS: Posición de Puntos

R2

2 esferas se intersectan formando un círculo

R3

3 esferas se intersectan en un punto (Latitud, Long itud y Altura)



Mediciones de GPS con Fase Portadora.

La Distancia es calcula por medio del numero de ciclos recibidos y estos son multiplicados por la longitud de onda.

Long. de Onda en L1 = 19 cm.

Long. de Onda en L2 = 24 cm.

Distancia = No. de ciclos X Long. De Onda

D= No. Ciclo x L O

Ejemplo:

No. De ciclos recibidos = 108,235,169

D = 108,235,169 x 0.19

D = 20,564.682 Km .

No. de ciclos recibidos

10:25:30.1212

10:25:30.1901


Cada satélite GPS transmite varias señalesLa señal comprende dos ondas portadoras (L1 and L2) y dos códigos (C/A en L1 y P o Y tanto en L1 como en L2) así como el mensaje orbital del satélite

FrecuenciaFundamental10.23 MHz

x 154

x 120

L11575.42 MHz

L21227.60 MHz

Código C/A1.023 MHz

Código P10.23 MHz

Código P10.23 MHz

÷ 10

50 BPS Mensaje del Satélite

Estructura de la Señal GPS


D = V (∆T)

Seudo Distancias (Código)

� Cada satélite transmite una señal única que se repite aproximadamente cada 1 mseg.

� El receptor compara una señal generada internamente con la señal recibida

� A partir de la diferencia de tiempo (dT) se puede determinar la distancia

� El reloj del receptor debe estar sincronizado con el reloj del satélite

∆T

Código recibido

del satélite

Código

generado por

el Receptor

Distancia a partir de Observaciones de Código


D � c ∆T + λN

∆T

Fase Recibida

del Satélite

Fase Generada

por el Receptor

Distancia a partir de Observaciones de Fase

Observaciones de fase

� La longitud de onda es de 19 cm en L1 y 24 cm en L2

� El receptor compara una fase autogenerada con la fase recibida

� El número de longitudes de onda es desconocido cuando se enciende el receptor (ambigüedad de fase portadora)

� Mientras se rastrea el satélite, un cambio en la distancia se puede apreciar (la ambigüedad de fase portadora permanece constante)


Posicionamiento Puntual

X=Y=Z=

Coordenadas en sistema WGS-84

X=Y=Z=

X=Y=Z=

X=Y=Z=

X=Y=Z=


P = Posición Verdadera

h En teoría la posición de un punto puede tener una exactitud de 10 a 20 metros utilizando el código C/A

Posicionamiento Puntual

P

20 m


Desafortunadamente

GPS no trabaja en un laboratorio

Trabaja en un mundo real el cuál tiene una serie de fuentes de error


Modelo del reloj del SatéliteEl tiempo es una parte muy crítica para el GPS, y aún cuando son usados relojes atómicos, estos estan sujetos a pequenas imprecisiones de tiempo, y estas imprecisiones se traducen en errores de posición.

Incertridumbres en la Órbita

La posición de los satélites en el espacio es también una parte importante, ya que esta es el inicio de todos los cálculos.Se desvía un poco de sus órbitas predefinidas.

Fuentes de Error: Error en los Satelites


� Los satélites GPS transmiten vía ondas de radio la información de su tiempo y se asume que estas senales de radio viajan a la velocidad de la lúz.

� Estas senales deben viajar a través de las diversas capas que forman parte de la atmosfera.

� Al pasar dor las diferentes capas, la senal sufre retrazos.

� Estos retrazos se traducenen un error en el cálculo de la distancia entre el satélite y el receptor

19,950 Km

200 KmIonósfera

50 KmTropósfera

Fuentes de Error: Errores en la Observacion


� La Ionósfera

Fuentes de Error: Errores en la Observacion


Fuentes de Error: Prediccion de la Radiacion Solar.


� Cuando la senal GPS llega a la superficie de la Tierra, esta puede reflejarse en varios objetos.

� Primero la antena recibe la senal directamente, un poco mas tarde recibe la senal que ha sido reflejada en alguna obstrucción.

Fuentes de Error: Multi-Trayectoria.


0

100

200

300

400M

etro

s

User Equivalent Range Errors (UERE)


Posicionamiento Diferencial

X=Y=Z=

X=Y=Z=

X=Y=Z=

X=, Y=, Z=

X=Y=Z=

X=Y=Z=


GPS Diferencial.

Se determina una posición a partir de otra conocida.

GPS Diferencial

Línea Base Línea Base

Punto a medirPunto conocido

X, Y , ZPunto a medir


Angulo de Corte (Angulo de Elevación)

10 ° 10 °


h Es un indicador de la incertidumbre de una posición con respecto a la geometría de los satélites

h Es un indicador de la fuerza de la figura formada por los satélites rastreados en el momento de la medición

h GDOP (Geométrica)h Inlcuye Lat, Lon, Altura y Tiempo

h PDOP (Posición)h Incluye Lat, Lon y Altura

h HDOP (Horizontal)h Incluye Lat y Lon

h VDOP (Vertical)h Incluye altura sólamente

GDOP Bueno

Pérdida de Precisión (DOP) - 1/2


h Es un indicador de la incertidumbre de una posición con respecto a la geometría de los satélites

h Es un indicador de la fuerza de la figura formada por los satélites rastreados en el momento de la medición

h GDOP (Geométrica)h Inlcuye Lat, Lon, Altura y Tiempo

h PDOP (Posición)h Incluye Lat, Lon y Altura

h HDOP (Horizontal)h Incluye Lat y Lon

h VDOP (Vertical)h Incluye altura sólamente

GDOP Pobre

Pérdida de Precisión (DOP) - 2/2


GPS Diferencial.

Posición relativa entre dos o más estaciones GPS.

•Elimina los errores en los relojes y en las efemérides.

•Elimina los efectos atmosféricos.

GPS Direfencial


•Diferencial en Post - Proceso•Solución u obtención de las coordenadas en

proceso posterior.

•Diferencial en Tiempo Real•Obtención de las coordenadas al instante.

GPS Diferencial

GPS Direfencial


Post Proceso

GPS Diferencial

GPS Direfencial


Programa de Pos - proceso:

•Cálculo de la posición.•Métodos diferenciales.•Transformación de Coordenadas.•Exportación / Importación de datos.•Ajuste de Redes.

GPS Diferencial

Post Proceso

GPS Direfencial


GPS RTK

Antena:

Recibe la señal de los satélites.

GPS Diferencial de Tiempo Real

Radio módem:

Establece el radio enlace entre las estaciones.

Controlador:

Manipula y Muestra los Datos del Receptor.

Receptor:

Registra los datos transmitidos, calcula la distancia receptor-satélite y almacena toda la Información.


Precisión (línea base) :0.50m a 1m. (superior a 100km)

GPS Diferencial de Tiempo Real de Código

La Estación de Referencia:

• Ubicada en un punto conocido

• Rastreo de todos los satélites disponibles.

• Calcula las correcciones de las coordenadas.

• Mediante el radio enlace transmite los valores de las correcciones de las coordenadas.

La Estación móvil:

• Recibe los valores de las correcciones mediante el radio enlace..

• Aplica los valores de corrección para dar su posición correcta.

GPS Direfencial


GPS Diferencial de Tiempo Real de Fase

Precisión (línea base) :1cm a 2 cm + 2ppm. (hasta 10km)

La Estación de Referencia:

• Ubicada en un punto conocido

• Rastreo de todos los satélites disponibles.

• Mediante el radio enlace transmite las mediciones GPS y las coordenadas de la estación de referencia.

La estación móvil:

• Recibe las mediciones GPS y las coordenadas de la estación base mediante el radio enlace.

• La estación móvil se hace cargo del cálculo para la solución de ambigüedades.

GPS Direfencial


•Geodesia

•Topografía

•SIG/GIS

•Navegación Profesional

•Navegación Personal

•Sincronización

Clasificación según la Aplicación

Aplicaciones del Sistema GPS


•Receptores de doble frecuencia.•9 o 12 Canales•Robustos.•Más Precisos.•Miden Código y Fase Portadora.•Medición de distancias largas (500 Km.. por ejemplo).•Costo $ 48,000 Dls US

Precisión de la línea base:

3mm + 0.5 ppm Método Estático5mm + 0.5 ppm Método Estático Rápido10 a 20 mm + 1 ppm Método Cinemático5mm + 0.5 ppm en Tiempo Real.


Receptores Geodésicos.

Geodesia


•Receptores de una frecuencia.•9 o 12 Canales •Más ligeros que los geodésicos.•Menor precisión.•Miden Código y Fase Portadora.•Medición poco frecuente de distancias largas (hasta 100km).•Costo $ 26,000 Dls US

Precisión de la línea base:

10mm + 2 ppm, Método Eestático15 a 30 mm + 2 ppm. método dinámico


Topografía

Receptores Topográficos


•Receptores de una frecuencia.•De mano.•Menor precisión.•Miden Codigo y solo algunos modelos miden Fase Portadora.•Medición poco frecuente de distancias largas (hasta 20km).•Costo $ 13,000 Dls US

Precisión de la línea base con mediciones de pseudo rango (código):

0.30 a 0.50 metros, Método Estático 0.50 a 1.0 metros, Método Cinemático.


Sistemas de Información Geográfica

Receptores GPS/SIG


•Receptores de una frecuencia.•De mano.•Baja precisión.•Miden Código Únicamente.•Equipos para proveer ubicación a vehículos terrestres, aéreos y marítimos.• Costo $ 500 a 2,000 Dls US

Precisión de la ubicación:

10 a 20 metros.

Receptores para la Navegación Aérea o Marítima.


Navegación Profesional


•Receptores de una frecuencia.•De mano.•Baja precisión.•Miden Código Únicamente.•Equipos para proveer ubicación a Personas.•Costo $ 199 a 545 Dls US

Precisión de la ubicación:

10 a 20 metros.

Receptores para la Navegadores Personales.


Navegación Personal


•Receptores de una frecuencia.•Receptores robustos y/o para montaje en gabinetes de control•Base de tiempo de mayor exactitud.•Precisión Autónoma ( Promedia Posición de 24 a 72 Hrs.)•Miden Código y Fase Portadora.•Múltiples salidas para sincronía y control de otros dispositivos.•Opción de trabajar con bases de tiempo: Atómica, Rubidio, Cesio y Cuarzo.•Costo $ 5,000 Dls US

Precisión del Tiempo:

10 milisegundoso nona segundos con relojes de Rubidio.

Receptores para la Sincronización.


Sincronización


•No es necesaria la visibilidad entre estaciones.•Selección de sitio independiente de la red.•Reducción del número de sitios.•Beneficios ambientales.•Independiente del clima.•Operación diurna y nocturna.•Operación sencilla.•Amplia gama de aplicaciones.•Precisión Geodésica.•Significativamente más rápido.•Ventajas económicas.

Ventajas del Sistema GPS

Ventajas vs Equipo convencional


•Mediciones a cielo abierto.

•Obstrucciones:· Interferencia Electromagnética. · Edificios y construcciones. · Cerros y montañas.· Follaje.

Limitaciones del Sistema GPS

Limitaciones vs Equipo convencional


Limitaciones del Sistema GPS

Interferencia Electromagnetica.

Preguntas… ?

Gracias por su atención a esta presentación.Puede obtener mayor información de los productos

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Finalmente…..

01 1- introduccion gps modo de compatibilidad

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