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143Tema 4 Sistemas de Posicionamiento en Exteriores

Tabla de contenidos

� 1. Introducción Histórica

� 2. Aplicaciones del GPS

� 3. Los segmentos del GPS

� 4. Principio de funcionamiento del GPS

� 5. Las señales: Generación y recepción

� 6. Las fuentes de error en GPS

� 7. Métodos de mejora de la precisión en GPS

� 8. Otras soluciones GNSS

� 9. Aspectos Prácticos

� Referencias


8. Otras Soluciones GNSS

� 8.1. GLONASS

� 8.2. WAAS: Inmarsat y Egnos

� 8.3. GALILEO


8. Otras soluciones GNSS8.1. GLONASS

� GNSS ruso� Órbitas:

• 21 Satélites + 3 de repuesto• 3 órbitas con 8 en cada una• 64.8º de inclinación (buena cobertura en polos)• A 19.100 Km. (11 horas 15 min)

� Satélite:• 1er lanzado en 1982 y último para sistema operativo en 1995• Señales con 2 portadoras en banda L (1250 MHz y 1610 MHz)

� Control:• Medida rango por RF (como en GPS) con errores en efemérides deducidas

de 2-3 metros• Calibración medidas RF con un control láser-tracking usando un

retroreflector en cada satélite. Se mide posición de satélite en polares (error angular: 0.5 arc sec; error distancia 1.5 cm)

� Características funcionales:• Disponibilidad limitada. Se ven más de 4 satélites en el 97% de los casos.


8. Otras soluciones GNSS8.2. WAAS (Wide Area Augmentative Systems ) : Inmarsat y Egnos

� Consisten:• Conjunto de satélites geoestacionarios (GEO) a 36.000 km (5 y 3 respect.)• Conjunto de estaciones terrestres

� Funcionamiento:• Leen señales de los satélites MEO (GPS, Glonass o Galileo)• Analizan las señales y extraen información de interés• Se envía información por banda C (3.600 MHz) a los satélites GEO• Estos reenvían información por banda L1 (modulando código de rango con

bit a 500 bps) a los receptores para que apliquen las correcciones

� Información trasmitida:• Efemérides mejorada

en órbitas, reloj, perturbaciones atmosféricas ( WA-DGPS)

• Señales extras de rando en banda L

• Información integridad


8. Otras soluciones GNSS8.3. GALILEO (1/2)

� GNSS Europeo� Motivo de su creación:

• Gran dependencia actual del GPS• Necesidad de sistema Civil de uso

garantizado, mejor disponib. y precisión� Órbitas:

• 27 Satélites + 3 de repuesto• 3 órbitas con 10 en cada una• 56º de inclinación (mejor cobertura en

regiones del norte Europa)• A 23.616 Km. (14 horas periodo)

� Satélite:• Señales con 4 portadoras en banda L

� Control:• Control láser-tracking mediante

retroreflector en satélite (efemérides gran precisión)


8. Otras soluciones GNSS8.1. GALILEO (2/2)

� Características funcionales:• Interoperatividad con GPS y Glonass

(el receptor usa los satélites de Galileo, GPS y Glonass)

• Precisión de 5 metros sin operación diferencial

• Función (SAR- Search and Rescue)• Mayor disponibilidad• Avisos integridad en 6 segundos

� Fases del programa:• 1er lanzamiento a finales de 2004• Último lanzamiento: 2008-2010

¡ Atención: Se ha retrasado todo unos 3 años (a fecha de hoy, Mayo 2008) !


Tabla de contenidos










� Referencias


9. Aspectos Prácticos

� 9.1. Características de los receptores GPS portátiles

� 9.2. Cómo navegar con el GPS

� 9.3. El GPS y la Cartografía

� 9.4. El GPS y el Ordenador

� Apendices


9. Aspectos Prácticos9.1. Características de los receptores GPS portátiles

� ¿Qué aspecto tienen?

� La interfaz con el usuario:

� Encendido/apagado (PWR o ON/OFF)� Avanzar página (PAGE o NAV)� Configuración de opciones (MENU)� Confirmación (ENTER o OK)� Borrado o retroceso (QUIT, ESC)� Escala (IN/OUT)� Cursor para moverse por la pantalla y

saltar secuencialmente entre botones

Escritura de texto

Parte trasera (alojamiento baterías)



� La diferentes páginas en el interfaz gráfico:

Se pasa de una aotra pulsando elbotón PAGE



� Tipos de arranque:

� Posicionamiento 3D/2D:

3 satélites =>Posición en 2D

4 satélites =>Posición en 3D



� Tipos de antena

� ¿Cómo colocar el receptor según el tipo de antena?

� Mejorando la recepción con una antena exterior ¿Dónde colocarla?

Saliente (helicoidal o cuadrihelix)

Interna (plana o patch)

Si plana => GPS paralelo al suelo

Si helix => GPS posición vertical



� Conceptos con los que hay que estar familiarizado:• Waypoint (Punto)

– Punto de coordenadas conocidas almacenado en el receptor (se asocia con un nombre corto, un icono y un comentario texto)

• Track (Camino o Rastro)– Camino seguido por el GPS. Lista de puntos que corresponden al recorrido que

hacemos al desplazarnos con el aparato encendido

• Ruta– Una secuencia de waypoints por donde debemos pasar al navegar

Waypoint Track

Ruta



� Los receptores avanzados llevan mapa de fondo- Mapa básico (normalmente mundial, pocos detalles):

- Mapa detallado (normalmente se carga solo de algunos paises, ya que no cabe más en memoria):

Diferencia de detalles en una misma zona

Incluye:• Callejero de ciudades, pueblos (numero y sentido avance calles)• Caminos y carreteras segundarias• Lugares de interés (restaurantes, centros comerciales, gasolineras, ocio,...)



� Características adicionales:• Capacidad de autoguiado (sin o con voz)

– El receptor va dando instrucciones de qué intersecciones en carreteras o calles se deben tomar para llegar al destino (necesita mapa detallado)

• Brújula digital y Altímetro incorporado– Permite saber la orientación cunado no nos movemos– Permite filtrar y mejorar las estimaciones de altura que dá el GPS

• Otros:Utilización de WAAS /número de canales /memoria de almacenamiento / etc...




9. Aspectos Prácticos9.2. Cómo navegar con el GPS

� Hay que decirle dónde y cómo quiero que me guíe:• Dónde:

– Waypoint (previa-mente almacenado)

– Ciudad o pueblo– Calle y número en

una ciudad– Un punto interés

(cine, hospital,gasolinera, restaurante,...)

• Cómo:– Siguiendo una carretera

definida en el mapa detallado– Siguiendo un camino

(track) almacenado– Yendo en línea recta

Indicaciones típicas en navegación por carretera



� Por el monte...• Queremos hacer una ruta a la aventura y luego tener una

herramienta que nos ayude a volver =>– Al inicio de la ruta crear un waypoint (en el parking donde el coche)

– Tener el track-log activo e ir grabando el camino (migas pan)– Si en un momento dado no se volver =>

• Uso función trackback (navegación inversa siguiendo camino), o• Navegación en línea recta al waypoint origen (manteniendo rumbo)

IMPORTANTE ¡ No confiar ciegamente en el GPS, puede fallar (pilas, caída, valle, bosque,...) ! Tener otros recursos listos (brújula, mapa, tu propia capaciadad de orientarte,...)



� Por la Carretera...• Queremos ir p.ej. a Madrid, C/Barquillo,nº 20 =>

– Le indicamos la dirección y le decimos “GOTO”– Teniendo en cuenta donde estamos nos va indicando las intersecciones

a tomar (nos avisa con antelación cuando nos aproximamos al cruce, y otra vez cuando estamos en la maniobra) (con gráfico y pitio o voz)

– Si nos equivocamos al seguir sus instrucciones, el recalcula automáticamente la ruta desde la nueva ubicación y trata de llevarnos al lugar de destino

IMPORTANTE ¡ El lugar de colocación del aparato en el salpicadero debe ser seguro ! No sobre airbagsTener siempre a mano un mapa o callejero pues entre edificios altos el GPS falla.



� Por el mar....• Queremos ir a un WP destino, pero asegurandonos de pasar lejos

de una zona peligrosa =>– Crear una ruta (secuencia de waypoints) y pulsar GOTO

– Tratar de mantener el error de curso (XTE) al mínimo para no alejarnos de la ruta trazada

IMPORTANTE ¡ Cuidado con las corrientes ! Nos pueden confundir



� Por el mar... (Con corrientes)• Es mas conveniente no

usar el rumbo dado por el GPS sino el de la brújula magnética

• Si usamos rumbo GPS y tratamos de mantenernos cerca de ruta => avanzamos en contra de la corriente

¡ Tardaríamos más usando el GPS siguiendo el camino más cortoque dejandonos llevar por la corriente por un camino más largo !


9. Aspectos Prácticos9.3. El GPS y la Cartografía

� Tratando de encontrar un punto próximo (“tesoro”) con precisión métrica indicado en un mapa detallado IGN 1:25.000 :• Encuentro el punto en el mapa => anoto las coordenadas que

aparecen en el mapa para ese punto en el GPS => GOTO– Si el terreno es bastante llano puedo ir siguendo una línea recta

ayudandome del puntero del GPS (XTE y TAE)

¡ Es muy probable que no lo encuentres ! ¿Por qué?

Tu receptor GPS usa el Datum WGS84, sin embargo casi seguro que tu mapa si noes Norteamericano p.ej. Europeo tenga un Datum “Europeo 1950” y unaproyección UTM (Mercator Trasversal) => esto implica errores de unos 100 metros !!

Si usamos Datums distintos =>un mismo punto geográfico tiene distintas coordenadas (¡un lío!)



� Importante saber algo de cartografíaEl sistema de coordenadas de latitud-longitud es eficaz para navegación marítima, pero no es práctico para navegaciónterrestre donde las distancias se miden en kilómetros.El principal defecto es “la distancia de un grado de longitud noes constante, depende de la latitud”

Proyección UTM (Universal Transverse Mercator)- Toda proyección tiene alguna deformación

Así sobre el plano ya podemos medir en km con la rejilla cuadriculada de puntos(como recordatorio se mantienen las líneas curvas de lat-lon)

No olvidar que estas coordenadas (en UTM o Lat-Lon) del plano UTM-European1950hay que decirle al GPS que las transforme a WGS84 para no cometer errores

Huso 31





� Navegación y Rutas Ortodrómicas• Un ruta ortodrómica es aquella que une dos puntos sobre el globo

terráqueo siguiendo un arco de circulo máximo– La ruta es la de menor curvatura posible

– La ruta es la más corta posible (menor longitud)

• El GPS puede funcionar en dos modos:– Ortodrómico (sigue ruta ortodrómica, para lo cual va recalculando

continuamente el rumbo a seguir), o

– Loxodrómico (te define un unico rumbo fijo que mantiene durante toda la ruta, ese rumbo sería el que deduciríamos usando un mapa plano)

• Ejemplo:– Estamos en el IAI (Latitud: N40 18.785; Longitud: W3 29.000; según WGS84) y

que remos ir a un lugar en USA con la misma Latitud pero Longitud:W75 10.400 (Philadelphia)

– Con ruta Loxodrómica me indicaría un rumbo fijo: W (270º)– Con ruta Ortodrómica el primer rumbo sería NW (395º)



La ruta del IAI-CSIC a Philadelfia (Ortonómica):

Buena soluciónpara ir en avión o barco(me ahorro 200 km)

Rumbo inicial 295º(va cambiando pro-gresivamente)

¡Cuidado con los viajes muy largos: La ruta pasa por el polo !(poco recomendable en la práctica esa solución)

Para ir al océano pacífico o Japón la ruta nos dirige hacia el polo norte (rumbo 0º) o haciaLaponia (rumbo NE 27º),respectivamente

Nos ahorraríamos 4000 y 2000 km, repectivamente, pero con el riesgo odificultades que eso supone


9. Aspectos Prácticos9.4. El GPS y el Ordenador

� Cualidades que añade el PC al receptor GPS:• Mejor interfaz (teclado, pantalla) para realizar funciones típicas:

– Crear waypoint de interés antes de hacer el viaje – Planificar una Ruta indicando por donde quiero pasar y verificando las

rutas optimas que sugiere el planificador– Buscar un Lugar/Sitio de interés en el mapa

• Almacenamiento ilimitado de: Waypoints, Rutas, Tracks u Mapas

• Intercambiar información con otros usuario (GPS1->PC1->Internet o Disquete -> PC2->GPS2)

• Capacidad para editar, recortar o empalmar (Tracks y otros)

• Posibilidad de Superponer Tracks sobre mapas digitalizados de gran detalle 1:50000 o 1:25000 para documentación de recorridos

• Carga de mapas detallados en Receptor GPS

• Actualizaciones del software del GPS

Para hacer esto hace falta un Programa ejecutándose ¿cuáles son los más habituales?



� Programas de PC para GPS:• G7TOWIN (gratuito bajo Windows)• GPS Connect (gratuito bajo Macintosh)

• MAC GPS PRO (40 Euros para Macintosh) www.macgpspro.com• OZI Explorer (80 Euros para Windows y PDA) www.oziexplorer.com• CompeGPS (60 Euros para Windows) www.compeGPS.com

• Etc...• Y los propios que vienen con el receptor GPS (que suelen tener menos

funciones. P.ej. “MapSource” de Garmin que no tiene posiblidad de usar mapas escaneados)


9. Aspectos PrácticosApendice A

� Lista de algunos fabricantes GPS:�Allied Signal Aerospace http://www.bendixking.com

�Ashtech Precision Products http://www.ashtech.com/

�Carl Zeiss Geodetic Systems http://www.zeiss.de/zeiss/english/home.nsf/frame/sus.html

�Datum Inc. http://www.datum.com/

�Garmin International http://www.garmin.com/

�Geotronics AB http://www.geotronics.se

�Honeywell Commercial Aviation Systems http://www.cas.honeywell.com

�Leica Inc., Navigation and Positioning Division http://www.leicagps.com/

�Lowrance Electronics, Inc. http://www.lowrance.com

�Magellan Systems Corp. http://www.magellangps.com/

�Motorola http://www.mot.com/ACCES/GPS/products/

�Northstar Technologies http://www.northstarcmc.com

�Rockwell Collins, Inc. http://www.collins.rockwell.com/

�Starlink Inc. http://www.starlinkdgps.com

�Trimble Navigation Ltd. http://www.trimble.com/

�TrueTime, Inc. http://www.truetime.com

�Universal Avionics Systems Corp. http://www.uasc.com


9. Aspectos PrácticosApendice B

� Algunas especificaciones de receptores portátiles� Dimensiones

� Tiempo de Actualización

� Precisión

� Aumentación

� Personalización

� Interfaces


Tabla de contenidos










� Referencias


Referencias

� Kaplan E.D., Understanding GPS: Principles and Applications, ArtechHouse Publishers, 1996.

� Pratap Misra y Per Enge, Global Positioning System. Signals,

Measurements and Performance. Ganga-Jamuna Press, 2001.� Peter H. Dana, Global Positioning System Overview,

http://www.colorado.edu/geography/gcraft/notes/gps/gps_ftoc.html

� The Aerospace Corporation, The Global Positioning System, http://www.aero.org

� Javad and Nedda Ashjaee, A GPS Tutorial, publicado en 1998, http://www.topconps.com/gpstutorial

� Paul Correia, Guía Práctica del GPS, Marcombo 2000

� Carlos Puch, Nuevo Manual de GPS, Desnivel, 2003

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