TEMA 2 Errores y precisión de las observaciones...

TEMA 2

Errores y precisión de lasobservaciones GNSS

Notas y gráficos de apoyo para a la asignatura Aplicación del GNSS en la geomáticaCurso 2013-2014

Autores: Juan F. Prieto Morín y Jesús Velasco Gómez

Se puede hacer uso del material de esta obra siempre que se haga mención expresa de los autores, No se permite un uso comercial de esta obra ni de las posibles obras derivadas ni de partes de ella. Versión T2-14/03

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Esta obra se acoge a licencia Creative CommonsNo se permite un uso comercial de la obra original ni de las

posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original y citando esta obra.

Para citar esta obra:Prieto, J., Velasco, J. (2014) “Errores y precisión de las observaciones GNSS”. Notas y gráficos de

apoyo para a la asignatura Aplicación del GNSS en la geomática. Curso 2013-2014. ETSI Topografía, Geodesia y Cartografía, UPM, Madrid. 80 pp.

3SPG10 - Juan F. Prieto, Jesús Velasco - ETSI TGC

Precisiones en GNSSError Planimétrico

Posicionamiento GPS Medidas con Fase Medidas con Código

Absoluto

(Un receptor)

Relativo y Diferencial

(Dos o más receptores)

Error Altimétrico Aproximadamente 1,5 veces el error horizontal (PPP 2,5 veces)

1mm

2mm

5mm

1cm

2cm

5cm

10cm

10cm

50cm

1m

2m

5m

10m

20m

50m

100m

20mm+2ppm

5mm+1ppm

2mm+1ppm

50cm

¿1m?

4m

100m

VRS, RTK y Cinemático

Estático Continuo CGPS

Estático y Estático Rápido

Diferencial PseudodistanciasDGPS

SPS Código C/A y L2C con SA

SPS Código C/A o L2C sin SA

PPS Código P (Y)

Jfpm/jvg 2010

10mm PPP (mín 12h)


Fuentes de error en GNSS

• Errores en el Satélite– Incertidumbre en las

efemérides (órbitas)– Incertidumbre en el

modelo de corrección del Reloj

– S.A. (GPS)– A.S. (GPS)

• Errores en el Receptor– Reloj del Receptor– ‘Ruido’ en el Receptor– Centro fase antena

• Errores de Propagación de la señal– Retardo Ionosférico– Retardo Troposférico– Multipath– Cycle Slip

• Errores de Estación– Multipath– Errores en las

coordenadas– Estacionamiento– Altura de antena– Otras


Fuentes de error propias del GNSSFuentes de error propias del GNSSDimensiones de los componentesDimensiones de los componentes

( xr , yr , zr )

(xs , ys , zs )


- Error en el cError en el cáálculo de la posicilculo de la posicióón de los satn de los satéélites u errores lites u errores orbitales (efemorbitales (efeméérides transmitidas)rides transmitidas)

-- Error de reloj del satError de reloj del satéélitelite

-- SA (SA (SelectiveSelective AvailabilityAvailability))

-- AntiAnti--spoofingspoofing (AS)(AS)

Fuentes de error relativas al satFuentes de error relativas al satéélitelite


Errores en los parErrores en los paráámetros orbitalesmetros orbitales

• CAUSA: Las estaciones de seguimiento registran datos de código y fase que envían a la Estación de Control principal, donde se calculan las futuras posiciones orbitales de los satélites, que serán las efemérides transmitidas

• Pero las efemérides transmitidas por los satélites tendrán asociado un error, puesto que es imposible predecir exactamente sus posiciones

• SOLUCIÓN: Estos errores se pueden eliminar trabajando con las efemérides precisas de los días de observación, donde aparecen las verdaderas posiciones de los satélites.


Errores en los parErrores en los paráámetros orbitalesmetros orbitales

• En modo diferencial los errores relativos a los satélites afectan de igual forma a ambos receptores

• Para baselíneas o vectores largos los errores en los parámetros orbitales no se eliminan porque los errores en pseudodistanciaen un punto y otro son diferentes (para el mismo satélite e instante)

)(_000.20

_ kmvectorDistanciaorbitalerrorError =


Errores en el reloj del satErrores en el reloj del satéélitelite

• CAUSA: Desfase que tiene el reloj del satélite respecto al Tiempo GPS (Colorado Springs). Los satélites ‘fabrican’ el tiempo atómico de los osciladores de Cs ó Rb que llevan

• SOLUCION: Los errores en los osciladores de los satélites pueden eliminarse mediante las correcciones enviadas en el mensaje de navegación que recibe cada receptor, las cuales son calculadas, enviadas y actualizadas por las estaciones de seguimiento

• Para cada reloj de satélite se determina el desfase respecto a una época inicial y los coeficientes de la marcha o deriva del estado del reloj.


Errores en el reloj del satErrores en el reloj del satéélitelite

• La corrección de esta fuente de error a través del mensaje de navegación es casi total.

• Aún así, sigue permaneciendo un pequeño error residualestimado en unos pocos ns (hasta 10) y que es debido a la imposibilidad de predecir exactamente la marcha del estado del reloj del satélite.

• Hay que tener en cuenta que un error de 1 ns de error produce una imprecisión de 30 cm en la distancia. El error residual final por esta fuente se estima en 1 m

Sococ

s ttattaat δ=−+−+=Δ 2210 )()(


Disponibilidad Selectiva Disponibilidad Selectiva --SASA--

• CAUSA: Degradación deliberada de la señal modificando la precisión de datos transmitidos por el mensaje de navegación

• Esta degradación de la señal actúa sobre los estados de los relojes (dither) y los parámetros orbitales (epsilon) de los satélites

• Introduce una incertidumbre en el posicionamiento de 100 (95%)

• El posicionamiento con código C/A, en teoría, daría una precisión de 4 4 -- 1010 m sin SA

+/+/-- 100m (95%)100m (95%)

P

P = Posicionamiento con código C/A sin SA

P

10m

100m



• SOLUCIÓN: Trabajando con un método diferencial, este error se elimina, puesto que para un mismo instante de tiempo actúa de igual manera en todas las estaciones

• Sólo actúa en posicionamiento con código en tiempo real

• El 2 de mayo de 2000, la Disponibilidad Selectiva se desactivópor orden presidencial

Satélite bajo SA

Satélite sin SA

Tiempo



Momento de la desactivación de la SA


AntiAnti--SpoofingSpoofing

• CAUSA: Este método de degradación de la señal consiste en encriptar el código P, conocido por el usuario, mediante el uso del llamado codigo protegido Y, desconocido.

• Realmente utiliza un nuevo código W desconocido para el usuario, que se añade al código P, de tal forma que el satélite transmite un código Y = P+WY = P+W

• Sólamente usuarios autorizados tienen acceso al código Y

• SOLUCIÓN: Algunos receptores tienen desarrolladas técnicas para hacer medidas de código Y con sólo añadir un poco de ruido: técnicas de correlación cruzada, Z-tracking, ... (Talbot,

1992 o Ashjaee y Lorenz, 1992).


Errores dependientes de la Errores dependientes de la propagacipropagacióón de la sen de la seññalal

-- IonosferaIonosfera

-- TroposferaTroposfera

-- MultipathMultipath

-- PPéérdidas de ciclo o rdidas de ciclo o cyclecycle slipslip


RetardoRetardo AtmosfAtmosfééricorico

Las señales GPS sufren un retraso en su llegada al pasar a través de la atmósfera

Troposfera

Ionosfera

< 20 km > 20 kmMáscara de elevación


IonosferaIonosfera

• CAUSA: La ionosfera es la región entre 100 y 1000 Km de altitud, donde las radiaciones solares ionizan las moléculas gaseosas, liberando electrones, los cuales interfieren en la propagación de ondas de radio, retardándolas

• El error es proporcional a la densidad de electrones (TEC – Total Electron Content, electrones por m2) a lo largo del recorrido de la señal y es inversamente proporcional al cuadrado de la frecuencia de la portadora

• Puede llegar a ser de hasta 100 m en pseudodistancia. Normalmente se estima en unos 10 m


IonosferaIonosfera


IonosferaIonosfera

• SOLUCIÓN: Utilización de modelos ionosféricos (Klobuchar), pero el TEC es poco predecible y las concentraciones son muy irregulares a lo largo de la trayectoria

• Para eliminar la refracción ionosférica se utilizan dos señales de diferentes frecuencias

• Como el retardo depende de la λ será distinto para cada frecuencia y se podrá observar un retardo diferencial entre ambas, siendo por tanto el retardo deducible. Esta es la razón por la que los receptores de precisión utilizan dos frecuencias L1 y L2


IonosferaIonosfera

• SOLUCIÓN: Con receptores de una sola frecuencia se usan modelos empíricos para corregir el efecto.

• En el mensaje de navegación se incluyen unos parámetros para ese modelo. Así se puede llegar a reducir el error en un 50%.

• El retardo ionosférico es menor en el cenit, aumentando cuando disminuye el ángulo de elevación (de ahí la máscara de elevación en una observación). Por la noche el TEC también es menor.

• Aún aplicando un modelo, quedará un error residual que afectará mayormente a la altitud y al cálculo del estado del reloj del receptor. De ahí también que el error altimétrico sea mayor que el planimétrico


TroposferaTroposfera

• CAUSA: Esta zona, la capa más baja de la atmósfera, contiene vapor de agua, y aquí el índice de refracción varia en función de la temperatura, de la presión y del vapor de agua

• En ondas de radio > 15 GHz, la propagación es independiente de la frecuencia, y por tanto no podemos distinguir entre medidas sobre las portadoras L1 y L2.

• Esto implica que no es posible eliminar la refracción troposféricacon medidas en las dos frecuencias


TroposferaTroposfera

• SOLUCIÓN: Utilizar modelos atmosféricos simplificados: Hopfield (1969), Saastamonien (1972), Hopofield modificado, Goad y Goodman (1974), Black (1978), etc.

• Se puede mejorar el cálculo del retardo troposférico tomando datos meteorológicos, pero un error del 1% en humedad relativa se transforma en un error de 1 cm en altura.

• El retardo troposférico causa un error de 1,9 – 2,5 m en la dirección cenital y se incrementa cuando decrece el ángulo, llegando a ser de 20 - 28 m a unos 5º (importancia de la máscara de elevación en una observación).

• Los modelos que se introducen pueden llegar a corregir el error hasta dejarlo en 1 – 5 cm.


PPéérdidas de ciclordidas de ciclo

• CAUSA: Pérdida de seguimiento continuo, por parte del receptor GPS, de las señales que le llegan del satélite

• Las pérdidas de ciclos suponen un salto en el registro de las medidas de fase por

– interrupción o pérdida de la señal enviada por el satélite (árboles, edificios, montañas...)

– baja calidad de la señal, SNR (relación señal-ruido) debido a una baja elevación del satélite, malas condiciones ionosféricas, multipath, etc.

– fallo en el software del receptor, que lleva a un procesamiento incorrecto de la señal

– mal funcionamiento del oscilador del satélite (menos probable).


• SOLUCIÓN: El problema es sencillo y también su solución, siempre que el salto de ciclo o pérdida no sea muy grande.

• La detección es sencilla por medio de un chequeo. Una vez determinado el tamaño de la pérdida de ciclo, la reparación se hace corrigiendo a todas las observaciones de fase siguientes para este satélite, según una cantidad fija.

• También el software interno del receptor es capaz de detectar y corregir estas pérdidas de forma automática, pero, hasta un límite

PPéérdidas de ciclordidas de ciclo


Errores dependientes del receptorErrores dependientes del receptor

-- Estado de reloj de receptorEstado de reloj de receptor

-- VariaciVariacióón del centro de fase de la antenan del centro de fase de la antena

-- Incertidumbre de medidaIncertidumbre de medida

-- Otros errores en los equiposOtros errores en los equipos


Estado del reloj del receptorEstado del reloj del receptor

• CAUSA: En el instante en que el receptor recibe una señal, reloj interno tendrá un desfase respecto a la escala de tiempo

• El oscilador del receptor GPS se usa para generar la señal réplica y acusará este desfase. Sin embargo, este error afectará por igual a todas las medidas de los satélites de los cuales, el receptor, está registrando datos simultáneamente

• Queda como incógnita. Para determinar la posición se necesitan 3 SV y uno más para determinar el error de reloj del receptor


Estado del reloj del receptorEstado del reloj del receptor

• SOLUCIÓN: Se eliminarán solo trabajando con métodos de posicionamiento relativo o diferencial por medidas de fase, planteando las ecuaciones de dobles diferencias

• Cuanto mayor es la calidad del reloj incorporado al receptor, menor será este desfase

• En receptores geodésicos o topográficos estos errores se minimizan, debido a la mayor precisión de sus relojes

• Como valor medio de esta fuente de error 1 m.


• CAUSA: Falta de coincidencia entre el centro radioeléctrico o punto al que realmente llega la señal (fase y código) y el centro mecánico o físico (eje de estacionamiento), generando un error residual por excentricidad – Componente Planimétrica

Desplazamiento del Centro de FaseDesplazamiento del Centro de Fase

Vector radioeléctrico ≡ Vector mecánico

Centro mecánico Centro radioeléctrico

Norte

Norte


Desplazamiento del Centro de FaseDesplazamiento del Centro de Fase

• El centro radioléctrico no se mantiene constante, varía con el acimut y alturadel satélite, y la longitud de onda, llegando a haber variaciones de centímetros con distintos modelos de antena.

• Existen entonces infinitos “centros de fase” – Centro de Fase “medio”Altimétrica

L2

Calibración antena GPS TRIMBLE 22020

-6

-1

4

9

14

5º 10º 15º 20º 25º 30º 35º 40º 45º 50º 55º 60º 65º 70º 75º 80º 85º 90º

Ángulo de elevación del satélite

Var

iaci

ón e

n al

tura

del c

entr

o de

fase

(mm

)

L1

Centro de fase ‘medio’0


VariaciVariacióón del Centro de Fasen del Centro de Fasede la antenade la antena

• SOLUCIÓN: Componente Planimétrica: en métodos relativos o diferenciales, se compensa orientando todas las antenas haciael mismo punto aproximadamente (convencionalmente, el norte), ya que en fábrica se montan todas las antenas con la misma orientación en su carcasa.

• Para receptores de doble frecuencia, habrá dos o mas centros de fase, uno para L1, otro para L2, otro para L5 diferentes

• Componente Altimétrica: este error hay que calibrarlo en función del acimut y la altura sobre el horizonte de cada satélite, y aunque afecta mayormente a la componente vertical, también existe un pequeño desplazamiento horizontal.


CalibraciCalibracióón de antenas GNSSn de antenas GNSS

• Desplazamiento de centro de fase ‘PCO’

• Variación del desplazamiento del centro de fase ‘PCV’

• En función del acimut y altura del satélite

Fimble

Desplazamiento Centro de Fase

L2

Desplazamiento Centro de Fase

L1

Correccionesadicionales poraltura satélite

Altura 30º

Altura 60º

Altura 90º

SPG10 - Juan F. Prieto, Jesús Velasco - ETSI TGC

CalibraciCalibracióón de antenas GNSSn de antenas GNSS

• Punto principal de antena: ‘ARP’ Antena Reference Point

• Desplazamiento de centro de fase medio ‘PCO’ Phase CenterOffset (vector E,N,H)

• Variación desplazamiento del centro de fase ‘PCV’ PhaseCenter Variation (Az, El, Dist)

Centro de fase real

Centro de fase‘medio’

Punto principal de antena

PCV

PCO


CalibraciCalibracióón de antenas GNSSn de antenas GNSSCalibraciCalibracióón Relativan Relativa

5 m1,8 m

Antena ‘patrón’Antena Calibrada


CalibraciCalibracióón de antenas GNSSn de antenas GNSSCalibraciCalibracióón Relativan Relativa

ASH700829.A1 SNOW Geodetic III 'Whopper' (USCG) +radome NGS ( 7) 97/10/27-1.2 -.8 87.7

.0 1.6 3.5 5.5 7.5 9.3 10.7 11.7 12.2 12.111.6 10.6 9.2 7.5 5.6 3.7 2.0 .0 .0

.9 -1.6 59.8.0 -2.3 -3.9 -5.0 -5.7 -6.2 -6.5 -6.6 -6.7 -6.7

-6.6 -6.3 -5.8 -5.0 -3.7 -1.7 1.0 .0 .0

AOAD/M_T Dorne Margolin T, chokerings (TurboRogue)NGS ( 0) 97/10/20.0 0.0 110.0

0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.00.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

0.0 0.0 128.00.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.00.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

Antena ‘patrón’

PCV Adicional L1

PCO L1

Antena Calibrada

PCVAdicional L2

PCO L2

Los valores de los datos de calibración están en milímetros

35

CalibraciCalibracióón de antenas GNSSn de antenas GNSSCalibraciCalibracióón Absolutan Absoluta


• La antena tomada como patrón también tiene variación

• Se realizan con ‘robots’ que van orientando la antena en función de la altura del satélite o en cámara aneroide

• En la actualidad proceso de migración de ‘calibraciones relativas’ a calibraciones absolutas


Formato ANTEX Formato ANTEX (LEIAX(LEIAX11203+203+GNSS.atxGNSS.atx))1.4 M ANTEX VERSION / SYST

A PCV TYPE / REFANTEND OF HEADERSTART OF ANTENNA

LEIAX1203+GNSS NONE TYPE / SERIAL NOROBOT Geo++ GmbH 10 25-MAR-11 METH / BY / # / DATE

5.0 DAZI0.0 90.0 5.0 ZEN1 / ZEN2 / DZEN4 # OF FREQUENCIES

IGS08_1719 SINEX CODEG01 START OF FREQUENCY

-1.03 1.35 58.32 NORTH / EAST / UPNOAZI 0.00 -0.02 -0.08 -0.19 -0.34 -0.52 -0.69 -0.83 -0.92 -0.94 -0.91

0.0 0.00 -0.07 -0.18 -0.32 -0.47 -0.64 -0.80 -0.93 -0.98 -0.91 -0.735.0 0.00 -0.07 -0.18 -0.31 -0.46 -0.63 -0.79 -0.91 -0.97 -0.92 -0.75

.....................355.0 0.00 -0.08 -0.19 -0.32 -0.48 -0.65 -0.82 -0.94 -0.99 -0.92 -0.73360.0 0.00 -0.07 -0.18 -0.32 -0.47 -0.64 -0.80 -0.93 -0.98 -0.91 -0.73G01 END OF FREQUENCYG02 START OF FREQUENCY

-0.20 -2.38 55.54 NORTH / EAST / UPNOAZI 0.00 -0.04 -0.15 -0.29 -0.43 -0.57 -0.69 -0.80 -0.87 -0.84 -0.66

0.0 0.00 0.01 -0.03 -0.09 -0.12 -0.12 -0.13 -0.17 -0.26 -0.38 -0.425.0 0.00 0.01 -0.03 -0.08 -0.10 -0.10 -0.10 -0.15 -0.25 -0.38 -0.44

.....................355.0 0.00 0.01 -0.04 -0.10 -0.14 -0.15 -0.16 -0.19 -0.28 -0.38 -0.41360.0 0.00 0.01 -0.03 -0.09 -0.12 -0.12 -0.13 -0.17 -0.26 -0.38 -0.42G02 END OF FREQUENCYR01 START OF FREQUENCY

-1.03 1.35 58.32 NORTH / EAST / UPNOAZI 0.00 -0.02 -0.09 -0.22 -0.40 -0.62 -0.82 -0.98 -1.07 -1.07 -1.01

0.0 0.00 -0.10 -0.27 -0.48 -0.73 -1.00 -1.26 -1.45 -1.53 -1.47 -1.29

PCO L1

PCO L2

PCV Adicional L1

37Juan F. Prieto, Jesús Velasco - ETSI TGC

Formato ANTEX (antena patrFormato ANTEX (antena patróón n rel.rel.))

SPG10 -

START OF ANTENNAAOAD/M_T NONE TYPE / SERIAL NOROBOT Geo++ GmbH 1 27-JAN-03 METH / BY / # / DATE

5.0 DAZI0.0 90.0 5.0 ZEN1 / ZEN2 / DZEN2 # OF FREQUENCIES

IGS_05 SINEX CODEG01 START OF FREQUENCY

0.60 -0.46 91.24 NORTH / EAST / UPNOAZI 0.00 -0.24 -0.92 -1.97 -3.28 -4.69 -6.05 -7.19 -7.97 -

0.0 0.00 -0.28 -1.01 -2.12 -3.49 -4.95 -6.35 -7.52 -8.32 -5.0 0.00 -0.28 -1.01 -2.12 -3.48 -4.94 -6.34 -7.50 -8.30 -

10.0 0.00 -0.28 -1.01 -2.11 -3.46 -4.92 -6.32 -7.48 -8.27 -15.0 0.00 -0.27 -1.00 -2.10 -3.45 -4.90 -6.29 -7.46 -8.25 -20.0 0.00 -0.27 -0.99 -2.08 -3.43 -4.88 -6.27 -7.43 -8.22 -25.0 0.00 -0.27 -0.98 -2.07 -3.41 -4.85 -6.24 -7.39 -8.19 -30.0 0.00 -0.26 -0.98 -2.06 -3.39 -4.83 -6.21 -7.36 -8.15 -35.0 0.00 -0.26 -0.97 -2.04 -3.37 -4.80 -6.17 -7.32 -8.11 -40.0 0.00 -0.26 -0.96 -2.02 -3.34 -4.77 -6.13 -7.28 -8.07 -45.0 0.00 -0.25 -0.95 -2.01 -3.32 -4.74 -6.10 -7.24 -8.03 -50.0 0.00 -0.25 -0.94 -1.99 -3.29 -4.70 -6.06 -7.19 -7.98 -55.0 0.00 -0.24 -0.93 -1.97 -3.27 -4.67 -6.02 -7.15 -7.93 -60.0 0.00 -0.24 -0.92 -1.95 -3.24 -4.64 -5.98 -7.10 -7.88 -65.0 0.00 -0.24 -0.91 -1.94 -3.22 -4.60 -5.94 -7.06 -7.83 -70.0 0.00 -0.23 -0.90 -1.92 -3.19 -4.57 -5.90 -7.02 -7.79 -75.0 0.00 -0.23 -0.89 -1.91 -3.17 -4.55 -5.87 -6.98 -7.75 -80 0 0 00 -0 23 -0 88 -1 89 -3 16 -4 53 -5 84 -6 95 -7 72 -


Importante calibraciImportante calibracióón antenas GNSSn antenas GNSSAntenas de Receptores GNSS

– Existen calibraciones absolutas y relativas

– Desde 2006 sólo se realizan Calibraciones Absolutas – Cambio ITRF2008

– Con robots o cámaras aneroide

– Varian con el ángulo de elevación del satélite

– Los radomos también se calibran junto con la antena

– Errores de hasta algunos centímetros en altura

– No se pueden mezclar calibraciones relativas con absolutas

• LGO, incorpora Relativas hasta v6 – se pueden importar Absolutas

• TBC, se pueden elegir ambos modelos

• Antenas de Satélites GNSS

– También se calibran – sólo absolutas en programas más avanzados


Incertidumbre en la medidaIncertidumbre en la medida

• CAUSA: Cualquier medida electrónica está sujeta a un error de medida aleatorio (o ruido). El error aleatorio es considerado como la desviación con respecto a cero de las medidas hechas.

• Afecta al mecanismo de correlación de códigos y a la medida de la diferencia de fase

• Para la mayoría de los receptores de precisión, la incertidumbre en la medida de fase es de unos 2 mm o incluso 1 mm en condiciones ideales (geometría satélites, actividad atmosférica, obstáculos...).

40

-- MultipathMultipath o o multicaminomulticamino

-- Errores en las coordenadas Errores en las coordenadas de la estacide la estacióónn

-- Altura de antena Altura de antena

-- EstacionamientoEstacionamiento

-- OtrasOtras


Errores dependientes de la estaciErrores dependientes de la estacióónn


MultipathMultipath


MultipathMultipath

• CAUSA: Este efecto es causado por múltiples reflexiones de la señal emitida por el satélite en superficies cercanas a la antena

• La consecuencia es que las señales recorren un camino más largo y puede distorsionar la amplitud y forma de la onda

Señal directa

Señal reflejada

• El efecto depende de la frecuencia y por ello las medidas de fase, en un método relativo, están menos afectadas que las de código, donde puede llegar a 1 m.


MultipathMultipath

• SOLUCIÓN: Elegir puntos de estación protegidos de reflexiones de edificios, vehículos, árboles…

• El utilizar mecanismos adaptados a la antena reduce considerablemente el efecto. Existen dos tipos:

– mediante planos de tierra

– antenas tipo “choke ring”

• Eliminando las señales con baja elevación (una vez más la máscara de elevación)


Error en las coordenadasError en las coordenadasde la estacide la estacióónn

• Desconocimiento de las coordenadas aproximadas de los puntos de estación, imprescindibles para la linealización de las relaciones de observación, implícitas en el postproceso GPS

• Con SA desactivada, son suficientes las coordenadas de navegación

• Con SA activada, o si se quiere mayor precisión en las coordenadas aproximadas, efectuar un posicionamiento de punto aislado o ‘single point positioning’


Estacionamiento y Altura de antenaEstacionamiento y Altura de antena

• Error en el estacionamiento de la antena sobre el punto de estación

– 1.- Error de centrado Ec

• Con plomada óptica o láser: ± 2mm

• Con plomada de gravedad: ± 10mm

• Centrado forzado: : ± 0,4 mm

• Autocentrado radial >0,4 mm

– 2.- Error de verticalidad Ev

• Error dependiente del nivel que monta el dispositivo de nivelación

• Se desplaza planimétricamente el punto de estación


Estacionamiento y Altura de antenaEstacionamiento y Altura de antena• 2.- Error de verticalidad – Nivelación antena GPS

• 1.Montar sobre el trípode la plataforma nivelante y el adaptador de antena, fijando los tornillos (A y B).

2. Girar el anillo de enfoque de la plomada óptica hasta ver el retículo. Después empujar o tirar del objetivo hasta enfocar el punto de estación. En plomadas laser, activar el mismo.

3. Girar los tornillos nivelantes (C) hasta centrar el punto de estación en el retículo.

4. Buscar el nivel esférico en la plataforma. Observar la dirección de descentrado de la burbuja. Acortar la pata del trípode que quede más cerca o extender la que esté más alejada. Con ajustar dos patas debería bastar.

5. La nivelación final se completa ajustando las patas y/o girando los tornillos nivelantes (C) hasta centrar la burbuja del nivel esférico.

6. Observar a través de la plomada óptica (activar el laser) otra vez. Si el punto de estación está descentrado aflojar el tornillo del trípode (A) y desplazar la plataforma hasta centrar el punto de estación en la plomada. Apretar (A) y volver a comprobar el nivel esférico.

Ocular plomada

Tornillos nivelantes

Adaptador de antena

Plataforma nivelante(C)

Tornillo de plataforma(B)Nivel esférico

Tornillo del trípode(A)

1

2 3 4

Laica

Plomada Nivel


Estacionamiento y Altura de antenaEstacionamiento y Altura de antena• 2.- Error de verticalidad

• Normalmente son esféricos de 8’, 20’ó 40’

• Error de verticalidad:– Ev=(error nivel)rad * altura de antena

• Error final de estacionamiento– Ee = (Ec

2 + Ev2) 1/2

8’ – 20’ – 40’ 40’

8’

Altura antena Precisión del nivel

(m) 8 20 40

1.5 0.003 0.009 0.017

2 0.005 0.012 0.023

3 0.007 0.017 0.035



• Error en la medida de la altura de antena. Es el error más frecuente. La indeterminación consiste en saber dónde se refiere la altura:– centro de fase, plano de tierra, parte inferior de la antena, …

y el modo en que se ha medido– vertical o inclinada

• Hay que tener en cuenta cuatro parámetros:– i – lectura de altura de antena

– Tipo de medición

– Punto de referencia de la medida

– Modelo de antena



• Error en la medida de la altura de antenaPunto de

Referencia de la Antena(ARP)

Base de Antena

Punto de Estación

Alt

ura

de A

nten

a‘T

rue

Ver

tica

l’

Altura inclinada

Punto o marca de Medida

Centros de Fases

ARP

Offset Horizontal

OffsetVertical

50

MediciMedicióón de la Altura de antenan de la Altura de antena


VerticaVerticall

InclinadaInclinada

• Los ‘offset’ desde la base de la antena hasta los centros de fase de la L1 y la L2 están calibrados para la mayoría de las antenas, y los programas de cálculo incorporan estos datos

• Si el programa de cálculo no los tiene incorporados, hay que introducirlos antes de calcular

Centros de fase LCentros de fase L11/L2/L2

Base de antenaBase de antena

Marca de medidaMarca de medida

OffsetsOffsets

OffsetOffset LL11/L2/L2VerticalVertical

HorizontalHorizontal



• L

LGO

eica



• Trimble

TTC



• Sokkia

• Novatel

Spectrum

Survey


Altura de antena Altura de antena LeicaLeica ATX1230 (S1200)ATX1230 (S1200)Con dispositivo medidor de alturasCon dispositivo medidor de alturas

““ATX 1230 en TrATX 1230 en Tríípodepode””

OffsetOffset Vertical 0,36 mVertical 0,36 m

Lectura Lectura 1,2171,217 mm


Altura de antena Altura de antena LeicaLeica ATX1202 (S1230)ATX1202 (S1230)Sin dispositivo medidor de alturasSin dispositivo medidor de alturas

““ATX 1202 en PilarATX 1202 en Pilar””

OffsetOffset Vertical 0,00 mVertical 0,00 m


Punto de referencia de altura de antena• Leica GeoOffice• RINEX• SKIPro

AT 1202AT 1202


Altura de antena Altura de antena LeicaLeica AT502 (S500)AT502 (S500)Con dispositivo medidor de alturasCon dispositivo medidor de alturas


OffsetOffset 0,36 m0,36 m

““AT 502 en TrAT 502 en Tríípodepode””


Altura de antena Altura de antena LeicaLeica AT502 (S500)AT502 (S500)Sin dispositivo medidor de alturasSin dispositivo medidor de alturas

““AT 502 en PilarAT 502 en Pilar””




AT 502AT 502




OffsetOffset 0,000 m (0,000 m (CteCte. Antena). Antena)



Lectura de antena: leLectura de antena: leíída en el dispositivoda en el dispositivoOffsetOffset: 0,441 m: 0,441 m


EstaciEstacióón de Referencia n de Referencia TrimbleTrimblehttphttp://://gps.topografia.upm.esgps.topografia.upm.es

Para utilizar con programas no Trimble(ej. SKI PRO ), hay que introducirle al

programa los datos de calibración de la antena desde su base a cada centro de fase (L1, L2)

Rela

tivas

Rela

tivas


TrimbleTrimble ZephirZephirCon dispositivo medidor de alturasCon dispositivo medidor de alturas

Antena: Trimble Zephir GeodeticLectura: 1,547Tipo: InclinadaReferencia: Borde de plano de tierra

Antena: Trimble ZephirLectura: 1,503Tipo: InclinadaReferencia:: InclinadaReferencia: Muesca en borde de antena


AshtechAshtech GeodeticGeodetic IVIVCon dispositivo medidor de alturasCon dispositivo medidor de alturas

Antena: Ashtech Geodetic IVLectura: 1,497Tipo: InclinadaReferencia: Borde de plano de tierra


AshtechAshtech GeodeticGeodetic IVIVSin dispositivo medidor de alturasSin dispositivo medidor de alturas

Antena: Ashtech Geodetic IVLectura: 1,448Tipo: VerticalReferencia: Base de antena


AshtechAshtech GeodeticGeodetic IVIV


Dispositivo medidorDispositivo medidor


Altura de antena sobre pilar geodAltura de antena sobre pilar geodéésicosicoTipo REGENTE Tipo REGENTE concon autocentradoautocentrado radialradial


1

3

Referencia de Coordenadasen vértices REGENTE

Cabeza de pilar

h altitud

elipsoidal ”CF”

(ϕ, λ) ó (x, y UTM)

H altitud

ortométrica ”BP”

2

Estacionamientode basada Despl. Vertical 0,000 mDespl. Vertical 0,000 m

Lectura 0,243 mdesde plano superior

centrado a base de antena


Altura de antena sobre pilar geodAltura de antena sobre pilar geodéésicosicoTipo clTipo cláásico ROI sico ROI sinsin autocentradoautocentrado radialradial

Referencia de Coordenadasen vértices clásicos ROI

Base de pilar

h altitud

elipsoidal ”BP”

(ϕ, λ) ó (x, y UTM)

H altitud ortométrica

”BP”


1

3

2

1

2

3

Despl. Vertical 0,000 mDespl. Vertical 0,000 m

Lect

ura

1,34

3 m

Desde Base de Pilar hasta base de antena


Altura de antena sobre pilar geodAltura de antena sobre pilar geodéésicosicoCoordenadas y datos REGENTECoordenadas y datos REGENTE--ROIROI

VÉRTICE REGENTE

EST. PERMANENTE

VÉRTICE ROI

ftpftp://://ftp.geodesia.ign.esftp.geodesia.ign.es//Red_GeodesicaRed_Geodesica/coordenadas//coordenadas/


Altura de antena sobre pilar geodAltura de antena sobre pilar geodéésicosicoCoordenadas y datos REGENTECoordenadas y datos REGENTE--ROIROI

• Tres parámetros has de estar referidos al mismo punto:

– Altitud elipsoidal

– Altitud ortométrica

– Lectura inferior de la altura de antena (la superior a la Base de Antena)

• Vértices REGENTE:

– Altitud elipsoidal referida a centrado forzado (CF)

– Altitud ortométrica referida a base de pilar (BP)

• Solución: añadirle la altura del pilar para referirla al centrado forzado (CF)

– Altura de antena: medida a la cara superior de las piezas del centrado (CF)

• Vértices ROI:

– Altitud elipsoidal y altitud ortométrica referida a base de pilar (BP)

– Altura de antena: medida a la base del pilar (BP)


Otras fuentes de error en la estaciOtras fuentes de error en la estacióónn

• Estabilidad de la señal o suelo donde está anclada

• Marea terrestre – efecto directo

• Carga oceánica por marea

• Carga atmosférica

• Movimiento de la corteza terrestre – Geodinámica

– No modelados por la mayoría de los programas comerciales


Tablas de errores estándar con GPS y DGPS código C/A

(Según las fuentes, los valores pueden variar significativamente)

* Después de 2 / 5 /2000 Valores en metros

0,04.0 - 10.0SA*

0,3 – 1,00,3 – 1,0Ruido receptor

0,60,2 – 1,0Multipath

0,20,5 - 1Troposfera

0,45,0 – 10,0Ionosfera

0,01 – 1,5Reloj satélite

0,00,5Efemérides

DGPSGPSFuente Error


Indicadores de PrecisiIndicadores de PrecisióónnError equivalente al Usuario Error equivalente al Usuario --UEREUERE--

• UERE (User Equivalent Range Error): parámetro que aglutina y engloba a todos los errores vistos anteriormente y dan una indicación al usuario de su magnitud en metros

• Es el error equivalente en distancia al usuario. Se define como un vector sobre la línea vista entre el satélite y el usuario resultado de proyectar sobre ella todos los errores del sistema:– incertidumbres en las efemérides– errores de propagación (ion, trop,...)– errores de tiempo de los relojes– ruido del receptor GPS.

• Este error es equivalente para todos los satélites y se genera como componente cuadrática la estimación de los errores vistos


DilutionDilution ofof PrecisionPrecision --DOPDOP--

• El indicador de precisión que normalmente se maneja es elDOPDOP, Dilution Of Precision.

• El DOP es la contribución puramente geométrica a la incertidumbre de un posicionamiento.

• El lugar geométrico de los puntos a una determinada distancia del satélite es en realidad una esfera "difusa” por el error con que se ha medido la distancia.

• Como la posición del usuario quedaba definida por la intersección de dichas esferas, esta no será un único punto sino un cierto volumen de incertidumbre.

• El DOP es un indicador adimensional de ese volúmen. Decimos que existe buena configuración para DOP´s < 6


DilutionDilution ofof PrecisionPrecision --DOPDOP--

Buen DOPBuen DOP Mal DOPMal DOP


Componentes del DOPComponentes del DOP

• HDOP (Horizontal DOP), incertidumbre en la posición

horizontal que se calcula del usuario

• VDOP (Vertical DOP), suministra una información sobre la incertidumbre en la posición vertical del usuario

• TDOP (Time DOP), precisión transmitida en el tiempo• PDOP (Position DOP), incertidumbre en la posición debido

únicamente a la posición geométrica de los satélites• GDOP (Geometric DOP), suministra una incertidumbre

como consecuencia de la posición geométricade los satélites y de la precision temporal


ComprensiComprensióón Grn Grááfica del GDOPfica del GDOP

GEOMETRÍA ÓPTIMA

• GDOP= ((PDOP)2+(TDOP)2)1/2

• PDOP= (σ2ux+ σ2

uy + σ2uz)

1/2

• HDOP= (σ2ux+ σ2

uy )1/2

• VDOP= σz / σuere

• TDOP = σut / σuere


RelaciRelacióón PDOP n PDOP -- NNúúmero de Satmero de Satééliteslites


•• URAURA (User Range Accuracy) o precisión en la distancia para el usuario, que es transmitido por los satélites e informa al usuario de la fiabilidad que se puede obtener en las medidas. Similar al UERE.

•• CEPCEP (Circular Error Probable) que indica el radio de error al 50% de las medidas.• R95, lo mismo para el 95%.• 1sigma o RMS (Root Mean Squared) que proporciona un 67% de probabilidad de que las medidas estén en el radio especificado. • 2sigma proporciona el error máximo en el 95% de los casos.• 2drms, dos veces el error medio cuadrático en distancia (radialmente a la posición verdadera).

Otros indicadores de precisiOtros indicadores de precisióónn


Precisiones en GNSSError Planimétrico

Posicionamiento GPS Medidas con Fase Medidas con Código

Absoluto

(Un receptor)

Relativo y Diferencial

(Dos o más receptores)

Error Altimétrico Aproximadamente 1,5 veces el error horizontal (PPP 2,5 veces)

1mm

2mm

5mm

1cm

2cm

5cm

10cm

10cm

50cm

1m

2m

5m

10m

20m

50m

100m

20mm+2ppm

5mm+1ppm

2mm+1ppm

50cm

¿1m?

4m

100m

VRS, RTK y Cinemático

Estático Continuo CGPS

Estático y Estático Rápido

Diferencial PseudodistanciasDGPS

SPS Código C/A y L2C con SA

SPS Código C/A o L2C sin SA

PPS Código P (Y)

Jfpm/jvg 2010

10mm PPP (mín 12h)

TEMA 2 Errores y precisión de las observaciones...

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