clase 1-nociones basica de gps

AMERICO TAIPE TORRES GEO SYSTEMS INGENIERIA S.A.

DESARROLLO Y APLICACIONES

DESCRIPCION GENERAL DEL GPS

DESCRIPCION DEL SISTEMA DE

POSICIONAMIENTO GLOBAL

El GPS es un Sistema de Posicionamiento Global (GPS) basado

en satélites (SV) y operado por el Ministerio de Defensa de EEUU

(DoD). El GPS provee información a nivel mundial, para lo que

necesita un control riguroso del tiempo (hora GPS) y

posicionamiento las 24 horas del día.

El sistema GPS esta formado por tres grandes bloques:

1) Segmento espacial.

2) Segmento de control.

3) Segmento del usuario.

NOCIONES BASICAS DE GPS AMERICO TAIPE TORRES

LOS SATELITES

Los satélites disponen de estructuras y mecanismos para poder

mantenerse en orbita, comunicarse con el segmento de control y

emitir las señales a los receptores. Uno de los puntos críticos del

sistema GPS son los relojes de los satélites. Por este motivo los

satélites están equipados con relojes atómicos (rubidio, cesio) de

muy alta estabilidad.


SATELITES


Los satélites GPS se identifican de diferentes maneras: por su

posición en el plano orbital (cada satélite ocupa un lugar (1, 2, 3,

...), dentro de las orbitas - A, B, C, D, E o F), por el numero de

catalogación de la NASA, por el numero internacional de

identificación, por el código PRN (código pseudoaleatorio de ruido)

y por el numero de la secuencia de lanzamiento (SVN).

NOCIONES BASICAS DE GPS

AMERICO TAIPE TORRES

Velocidad de la Luz = 299.792.458 m/s

http://es.wikipedia.org/wiki/Metro_por_segundo

LA SEÑAL GPS


Cada satelite transmite en dos frecuencias en banda L, estas se derivan de la frecuencia fundamental fo=10.23Mhz.

La señal se estructura en 3 niveles:

- Las ondas portadoras.

- Los codigos (codigos pseudo aleatorios PRN)

- El mensaje.

El hecho de que los satelites emitan en dos frecuencias distintas permite al usuario cancelar una de las principales fuentes de error, la refraccion ionosferica, la ionosfera se comporta como un medio dispersivo para la señal GPS.

LAS SEÑAL GPS


Las señales transmitidas por los satélites de GPS son complejas

porque tiene que servir a un número ilimitado de usuarios, tanto

militares como civiles, proporcionar medidas de distancia al satélite

en tiempo real, proporcionar de forma instantánea la velocidad de

desplazamiento, proporcionar medidas de fase precisas,

proporcionar un mensaje en tiempo real, proporcionar un modo de

corregir el retardo ionosférico, permitir medidas simultáneas a

varios satélites, proteger contra interferencias y tener tolerancia

frente al efecto multitrayectoria. Las características de las señales

de los satélites GPS están pensadas para reunir todos estos

requisitos sin que el usuario tenga necesidad alguna de transmitir.

ESTRUCTURA DE LA SEÑAL GPS


LAS SEÑALES


El mensaje, para que el receptor pueda obtener su situacion a

partir de las pseudodistancias medidas mediante la relacion de los

codigos, necesita informacion auxiliar como por ejemplo, las

coordenadas de los satelites y el error de los osciladores, cada

satelite transmite su propio mensaje que contiene

fundamentalmente:

- Efemerides, conjunto de parametros que permiten determinar

las coordenadas del satelite y el error del oscilador.

- Almanaque, consiste en unas efemerides aproximadas de todos

los satelites de la constelacion.

SEGMENTO USUARIO


Esta formado por los receptores GPS. Su funcion principal es

recibir la señal de los satélites GPS, determinar las

pseudodistancias y resolver las ecuaciones de navegacion para

obtener sus coordenadas y proporcionar un tiempo muy preciso, la

posición calculada va a estar referida al centro de fases de la

antena.

TIEMPO Y SISTEMA DE REFERENCIA


TIEMPO. Existen distintas referencias de tiempo basados en

diferentes fenomenos periodicos asociados a la rotacion de la

tierra.

El tiempo universal y el tiempo sidereo estan asociados a la

rotacion diurna de la tierra. El tiempo universal (tiempo solar)

utiliza el sol como referencia.

TIEMPO


El tiempo GPS es el tiempo de referencia utilizado para las

aplicaciones GPS. Para facilitar el calculo de largos intervalos de

tiempo se utiliza el periodo Juliano, la siguiente relacion permite

calcular la fecha juliana (JD) a partir de la fecha civil (YY MM DD

UT):

A partir del dia juliano, y teniendo en cuenta que la fecha de

referencia GPS (6d.0 enero 1980) corresponde al dıa juliano JD

2,444,244.5, se obtiene inmediatamente el dia GPS y, a partir de

el, tomando modulo 7, la semana GPS14.

SISTEMAS DE REFERENCIAS


Las coordenadas de los satelites y receptores de los usuarios

deben expresarse en un sistema de referencia bien definido. A

continuacion se presentan los sistemas:

1. Conventional Inertial Systems (CIS).

2. Conventional Terrestrial Systems (CTS), tambien llamado Earth

Centered Fixed Systems (ECEF), ejemplo de sistemas CTS

son el ITRS y el WGS84, realizaciones del ITRS son el

ITRF98, ITRF99, etc.

SISTEMAS DE REFERENCIAS


SISTEMA WGS84


Desde 1987, GPS utiliza el World Geodetic System WGS-84,

desarrollado por el Departamento de Defensa de EEUU, que es un

sistema de referencia terrestre unico para referenciar las

posiciones y vectores. Su realizacion original es esencialmente

identica al NAD83. Sin embargo, las sucesivas realizaciones se

aproximan (se asume que son identicas) a ciertas realizaciones

ITRS. Ası, las realizaciones WGS84(G730)20 y WGS84(G873)

corresponden a ITRF92 y ITRF94, ITRF2000 respectivamente.

WGS84



El sistema WGS-84 tiene asociado el elipsoide de referencia

definido en la siguiente tabla:

COMO SE CALCULA LAS COORDENADAS?




1. Almanaque: Un almanaque o archivo de efemerides contiene

informacion de la posición orbital de los satélites.

2. Graficos de prediccion de satélites: Reflejan el numero de

satélites disponibles, sus elevaciones y PDOP en cada instante.

3. PDOP (Dilucion de la precision de la posición), informa sobre la

calidad de la geometria de la constelacion de satélites, valor

comprendido entre 1 e infinito.

4. Distancia entre puntos de control para determinados tipos de

proyecto.

PARAMETROS A CONSIDERAR ANTES DE SALIR A

CAMPO

PARAMETROS A TENER EN CUENTA DURANTE LA

TOMA DE DATOS



• Ubicación de la antena, la presencia cercana de objetos que

interfieran en la señal (edificios, arboles, etc.).


TOMA DE DATOS



• Mascara PDOP: Se puede configurar un valor maximo de PDOP

en el receptor para ignorar las constelaciones que presentan un

valor superior al dado.

• Mascara de elevacion, es el angulo de elevacion sobre el

horizonte bajo el cual no se utilizan la informacion de los

satelites comprendidos.


TOMA DE DATOS



• Intervalo de registro.

• Donde almaceno los datos, receptor o colectora.

• Altura del instrumento.

EFEMERIDES PRECISAS



La precisión que proporcionan las efemérides transmitidas no es suficiente para satisfacer las altas exigencias requeridas en aplicaciones geodésicas. En la actualidad, el sistema GPS permite obtener en post-proceso incrementos de coordenadas con errores inferiores al centímetro incluso en distancias superiores a los 1000 Km. Teniendo en cuenta la expresión 9.58, dicha precision relativa exige conocer las coordenadas de los satélites con una exactitud mejor de 25 cm. En la actualidad, diversos organismos proporcionan efemérides transmitidas (IGS, CODE, NGS,...) con una precisión del orden de los 10 cm. Debido a su exactitud, este tipo de efemérides es ideal para servir de referencia en el estudio de la exactitud de las coordenadas obtenidas a partir de las efemérides transmitidas.

METODOS DE POSICIONAMIENTO GPS

APLICADO EN TOPOGRAFIA Y GEODESIA


SOFTWARE PARA TRATAMIENTO DE DATOS GPS


El software existente puede ser clasificado en dos categorias:

Software comerciales, utilizados por los usuarios finales, los

modelos matemáticos empleados se desconocen o están

insuficientemente documentados y ofrecen unas opciones

limitadas y adaptadas a la demanda comercial existente, como

ventaja permite que usuarios carentes de un conocimiento

teorico solido sean capaces de abordar, tras un cierto

adiestramiento, los cálculos mas comunes en la practica

laboral, tenemos de Trimble (TBC, TGO, de Spectra (SPSO) de

Leica (Sky-Pro).


Software científicos, producidas por ciertas instituciones de carácter investigativo, tiene por objeto resolver, con la máxima precisión y eficiencia de calculo posible, un amplio espectro de cuestiones que giran en torno a la determinación absoluta y relativa de coordenadas a partir de mediciones a satélites artificiales, permiten procesamiento de pequeñas redes con poco tiempo de observación, procesamiento preciso de grandes redes con bases de gran longitud, análisis de datos e investigación científica. Generalmente las versiones preparadas para usuarios externos suelen ser adaptaciones simplificadas. En estos softwares los modelos matemáticos empleados son conocidos y están bien documentados y en muchos casos es posible disponer del código fuente, entre los programas tenemos Bernese, Gipsy/Oasis (Jet Propulsion Laboratory), Gamit/Globk. (MIT).

PARAMETROS A CONSIDERAR AL MOMENTO DE

REALIZAR EL POST-PROCESO



• Definir el sistema oficial de proyección, zona, etc..

• Colocar el marco de referencia oficial.

• Utilizar el modelo geoidal adecuado.

• Descargar las efemérides precisas a utilizar.

• Definir la metodología de procesamiento; Líneas base,

Trilacion, Triangulacion, etc. que va acuerdo al tipo de trabajo

realizado o al tipo de exigencia de importancia (precisión).


• ZONAS UTM EN PERU.

CONSIDERACIONES DESPUES DEL POST-

PROCESO



• Visualizacion del listado de puntos con sus respectivos datos.

• Correcta transformacion de medidas de proyeccion a su

magnitud verdadera o distancia topografica, coordenadas

topograficas.

• Correcto uso de la metodologia adecuada para la

compensacion de una poligonal.

TRANSFORMACION DE COORDENADAS


COORDENADAS TOPOGRAFICAS: COORDENADAS OBTENIDAS EN EL

CAMPO (Estacion total, teodolito, cinta metrica, distanciometro, etc) sin ningun

tipo de transformacion (deformacion), a la distancia horizontal se le llama

distancia topografica.



COORDENADAS UTM: Provienen de las coordenadas topograficas reducidas al

nivel de la superficie elipsoidal de referencia las cuales a su vez han sido

proyectadas a la superficie interna del cilindro transversa de Mercator. Los

receptores proporcionan coordenadas geodesicas las cuales a pedido del

usuario pueden ser transformados a UTM.


Calculo de los parametros.



Calculo de X e Y:

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