Sistema de
Posicionamiento Global
Diplomado en Geomática
Profesor: Dr. Ing. ©Alejandro Velásquez Soto
Agosto 2009
ÍNDICE
CLASE 1:
- Introducción.
- Sistemas de Posicionamiento.
CLASE 2:
- Satélites y Forma de la Tierra.
- Sistemas GNSS.
CLASE 3:
- GNSS en Modo Geodésico.
- Teoría de la Señal.
CLASE 4:
- Métodos de Georreferenciación Geodésica.
- Hardware en Terreno.
CLASE 5:
- Galileo.
- Hardware Interoperable.
CLASE T (Práctica):
- Medición GPS en Terreno.
- Post-Proceso y Manejo de Datos.
CLASE 7:
- Proyecciones y Aplicaciones.
- Geomática.
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN
• Georreferenciación.
• Planos, Mapas, Cartas.
• Lugares Geométricos.
• Sistemas Espaciales.
CLASE 1 1/11
INTRODUCCIÓN
• Georreferenciación: La georreferenciación es el acto y procedimiento de
posicionar, en el que se define la locación de un objeto
espacial (representado mediante un punto, vector, área,
volumen) mediante un sistema de coordenadas y datum
determinados. Esto puede ocurrir asignándole
coordenadas a objetos que no tuvieran con anterioridad
o cambiando las coordenadas locales existentes por
coordenadas referidas a algún sistema elipsoidal.
CLASE 1 2/11
INTRODUCCIÓN
• Lugares Geométricos y Coordenadas: Un lugar geométrico esta definido como el conjunto de puntos que
satisfacen determinadas propiedades geométricas, de esta forma
todas las figuras geométricas se pueden definir como lugares
geométricos mientras que los puntos que las conforman cumplan
con las respectivas propiedades que definen a la figura. De la
misma manera el conjunto infinito de puntos que conforman un
sistema coordenado es también un lugar geométrico ya que todos
los puntos que lo conforman deben cumplir con las respectivas
propiedades del sistema y con el orden determinado.
CLASE 1 3/11
INTRODUCCIÓN
• Planos, Cartas y Mapas: Un plano, una carta o un mapa no son mas que representaciones
gráficas y métricas, escaladas, de una porción de terreno
generalmente representada a un nivel bidimensional. Estas
herramientas de representación poseen propiedades métricas (o
temáticas en el caso que las posean) lo que implica que a de ser
posible tomar medidas de ángulos, distancias y superficies sobre
ellos y obtener un resultado bastante aproximado a la realidad. Si
bien en algunos casos se tiende a entender estos términos como
similares y en algunos casos sinónimos no lo son puesto que la
gran diferencia esta en la escala en la que representaran la
realidad.
CLASE 1 4/11
INTRODUCCIÓN
CLASE 1 5/11
Mapa
Plano Topográfico
CARTA
MAPA
PLANO TOPOGRAFICO
INTRODUCCIÓN
• Sistemas Espaciales: Sistemas que nos permiten representar la distribución
que tienen puntos en el espacio, para determinación absoluta de una posición con precisión uniforme sobre la superficie de la Tierra. Es uno de los objetivos fundamentales de la Geodesia.
Utilizando la geodesia clásica y técnicas topográficas, la determinación de la posición es siempre relativa a los puntos de partida del levantamiento, la precisión obtenida es dependiente de la distancia a este punto. Por lo tanto, el GPS ofrece ventajas sobre las técnicas convencionales.
CLASE 1 6/11
INTRODUCCIÓN
Forma de la Tierra: ¿esfera uniforme?
¿esferoide?¿elipsoide?. Esto representa una de las
mayores dificultades al momento de realizar las
representaciones de los puntos que se encuentran sobre
dicha superficie.: GPS utiliza un sistema de
coordenadas geodésico
El elipsoide elegido será aquel que se ajuste de mejor
manera a la forma de la Tierra. Este elipsoide es una
superficie física, es una superficie matemática.
CLASE 1 7/11
Sistemas
coordenados 8/11
SISTEMAS DE
POSICIONAMIENTO GLOBAL
CLASE 1 9/11
Geociencias:
Las geociencias o ciencias de la tierra son el conjunto de disciplinas que
estudian la estructura interna, morfología, dinámica superficial y evolución del
planeta. Entre ellas destacan la Geografía, Geología, Geomorfología, Geofísica,
Geoquímica, Hidrológica, Sismología, y por supuesto también la Geodesia entre
muchas otras.
SISTEMAS DE
POSICIONAMIENTO GLOBAL
CLASE 1 10/11
-Conceptos Básicos de Posicionamiento: •Posicionamiento: determinación de posiciones de objetos estacionarios o
móviles.
•Posicionamiento Puntual: Posicionamiento respecto de un sistema de
coordenadas previamente establecido.
•Posicionamiento Relativo: Posicionamiento de un punto respecto a otro,
tomando al primero como origen de un sistema de coordenadas local.
•Datum Horizontal: Superficie de referencia para coordenadas horizontales –
elipsoide.
•Datum Vertical: Superficie de altura cero utilizada como referencia para
coordenadas verticales – geoide.
SISTEMAS DE
POSICIONAMIENTO SATELITAL
CLASE 1 11/11
SLR (Satellite Laser Ranging). Es un sistema de medida directa de distancias
por pulso laser a satélites provistos de prismas de reflexión total.
VLBI (Very Long Baseline Interferometry). Es una técnica que permite calcular
con precisión centimétrica la distancia entre los centros radioeléctricos de dos o
más telescopios. Se observan cuásares extragalácticos en períodos
simultáneos, comparándose interferométricamente las señales recibidas.
DOPPLER . Se basa en la medición de la variación de distancias satélites
mediante la cuenta DOPPLER de la frecuencia de las señales recibidas.
GPS. (Global Positioning System). Es un sistema que puede trabajar con
medida directa de distancias, en sistema Doppler, o en medida de fase que
veremos en capítulos siguientes. A diferencia de los otros sistemas, este es un
sistema que tiene cobertura en cualquier parte del mundo y a cualquier hora, ya
sea por el día o por la noche.
SATELITES Y FORMA DE LA
TIERRA
• Problemas Globales y posicionamiento.
• Perturbaciones.
CLASE 2 1/21
Problemas Globales y
Posicionamiento
• Dinámica de vuelo (Attitude): El principal problema es tratar de definir con la mayor exactitud posible cual será la trayectoria del satélite en el desplazamiento por su orbita (PNAV).
• Este problema afecta principalmente a las componentes de aceleración de los cuerpos que circundan la tierra (Perturbaciones)
CLASE 2 2/21
Perturbaciones
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• Gravitacionales:
- Irregularidad en la forma de la Tierra.
- Efecto de las Mareas.
• No Gravitacionales:
- Presión de la Radiación Solar.
- Efectos Relativistas.
- Vientos Solares.
- Campos Magnéticos.
SISTEMAS GNSS
CLASE 2 4/21
• Reseña.
• Sistemas GNSS en Funcionamiento.
• Teoría y Aplicaciones GPS.
• Teoría y Aplicaciones de GLONASS.
• Sistemas GNSS Proyectados.
Reseña: Efecto Doppler
CLASE 2 5/21
•Efecto descubierto por Christian
Doppler, físico austriaco S. XIX.
•Afecta a la frecuencia de las
ondas electromagnéticas, las
frecuencia de radio y luz son
cambiadas si las fuentes de
emisión y de recepción están en
movimiento relativo.
•Aumenta la frecuencia si la fuente
y el observador se están moviendo
y aproximándose - Disminuye
cuando se están alejando entre sí.
Uso del Efecto Doppler
CLASE 2 6/21
•Este principio se usa para el posicionamiento satelital geodésico - equipos de
señalización electrónico producen el efecto doppler, lo que genera información
sobre la razón de recorrido.
•Velocidad de las ondas sonoras: 340 m/s aproximadamente.
Sistema TRANSIT
CLASE 2 7/21
•El Transit fue el primer sistema de navegación satelital y nació debido a
la curiosidad de los científicos del John Hopkins Physics Laboratory.
•Estos efectuaron un seguimiento por medio del Sputnik, primer satélite
artificial lanzado a fines de 1957.
•El sistema Transit consiste en tres componentes: el rastreador del
satélite, los satélites propiamente tales y los usuarios.
•Este sistema se compone de un grupo de seis satélites que orbitan la
tierra en trayectoria polar a una altura aproximada de 1000 Km.
•Tiene 4 estaciones de seguimiento: Hawai, California, Minnesotta y
Maine
Sistema ARGOS
CLASE 2 8/21
•Services Argos, 1978 - Es un proyecto cooperativo del French Centre National
d’ Etudes Spatiale (CNES), NASA, y la U.S. National Oceanic and Atmospheric
Administration (NOAA).
•En este sistema, los transmisores son operados por
los usuarios y los receptores están en los satélites.
•Un transmisor Argos periódicamente emite una señal
en 401.65 MHz, llevando información desde los
sensores de la plataforma.
•Estaciones de rastreo: Wallops Island, Virginia;
Gilmore Creek, Alaska; o Lannion, Francia.
Sistema NAVSTAR
CLASE 2 9/21
• A partir de 1973 se comenzó el desarrollo de
lo que seria la actual constelación NAVSTAR.
- NAVigation Satellite Timming And Ranging
- Navegación por satélite con medición de
tiempo y distancia
Sistemas GNSS en Funcionamiento
Sistema NAVSTAR
CLASE 2 10/21
• La evolución tecnológica ha puesto a disposición
de los profesionales y técnicos, el Sistema de
Posicionamiento Global – hoy GPS + GLONASS,
futuro GALILEO+GPS+GLONASS
• El sistema permite el cálculo de coordenadas
tridimensionales que pueden ser usadas en
navegación o ,mediante el uso de métodos
adecuados, para determinación de mediciones de
precisión.
Sistema NAVSTAR
CLASE 2 11/21
• El sistema esta compuesto por tres
segmentos, estos son:
– El segmento Espacial
– El segmento de Control
– El segmento de Usuarios
Sistema NAVSTAR
CLASE 2 12/21
• Segmento Espacial
– 24 satélites en la constelación
– 6 planos orbitales inclinados 55° respecto al Ecuador,
4 satélites por plano
– Órbitas a aproximadamente 20.200 Km. de altura
– Período de 12 horas (siderales)
– Peso aproximado de cada satélite, 0.7 toneladas
– Transmite datos en dos frecuencias, L1 y L2.
Sistema NAVSTAR
CLASE 2 13/21
Sistema NAVSTAR
CLASE 2 14/21
• Segmento de Control
– El segmento de control y monitoreo del sistema está compuesto por 5
estaciones, distribuidas por todo el globo, en las proximidades del
Ecuador.
– La función básica es rastrear las señales de todos los satélites, tomar
datos meteorológicos, y retransmitir estos al centro de control.
– El centro de control se encarga de la predicción orbital, el calculo de
correcciones de los relojes de los satélites, determinación de los
modelos ionosféricos e inyección de datos a los satélites, los que serán
transmitidos por los satélites y captados por las antenas de los
receptores GPS.
Sistema NAVSTAR
CLASE 2 15/21
Sistema NAVSTAR
CLASE 2 16/21
• Segmento de Usuarios • Este segmento se refiere a los distintos tipos de receptores que
existen en el mercado y de los distintos usuarios del sistema. Con el paso del tiempo nuevas aplicaciones se han encontrado al sistema. Se necesita, por lo tanto, diseñar y desarrollar equipos con ciertas características para adaptarse a las distintas necesidades de los usuarios.
– TIPOS DE RECEPTORES: El tipo de receptor a usar dependerá del tipo de observaciones y de la disponibilidad de códigos. de acuerdo a sus características:
– Código C/A
– Código C/A + fase portadora L1
– Código C/A + fase portadora L1 + fase portadora L2
– Código C/A + código P + fases portadoras L1, L2.
Sistema GLONASS
CLASE 2 17/21
•A principios de los 70, como respuesta al desarrollo
del sistema GPS (NAVSTAR), el antiguo Ministro de
Defensa Soviético desarrolló el Sistema Global de
Navegación por Satélite (GLONASS).
•En el año 1993, oficialmente el Gobierno Ruso
colocó el Programa GLONASS en manos de
Fuerzas Espaciales Militares Rusas (RSF) su
mantenimiento, puesta en órbita y certificación a los
usuarios.
•Este organismo opera en colaboración con el CSIC
(Coordination Scientific Information Center), el cual
publica la información sobre GLONASS.
Sistema GLONASS: Tipos de
Receptores
CLASE 2 18/21
•Monofrecuencia: Reciben las observables de código y fase de la
portadora L1. La precisión de estos instrumentos ya es significativa,
y son de aplicación topográfica y geodésica en pequeñas distancias
(hasta 100 km).
•Bifrecuencia: Reciben las observables de código y fase de las
portadoras L1 y L2. La precisión y el rendimiento son mucho
mayores debido a la posibilidad de combinar datos y formar en post-
proceso combinaciones observables que agilizan el cálculo y
eliminan los errores de retardo atmosférico. Están indicados para
trabajos de precisión y allí donde el rendimiento y los buenos
resultados requeridos sean máximos.
Sistema GLONASS: Sector Control
CLASE 2 19/21
•El Sector de Control está formado por un sistema Central de Control
(SCC) en la región de Moscú ( Golitsyno-2) y una red de estaciones de
seguimiento y control ( Command Tracking Stations, CTS), emplazadas
por todo el área alrededor de Rusia.
•Las estaciones de control (CTSs) realizan el seguimiento de los satélites
y almacenan los datos de distancias y telemetría a partir de las señales
de los satélites.
•La información obtenida en las CTSs es procesada en el Sistema
Central de Control (SCC) para determinar los estados de las órbitas y
relojes de los satélites, y para actualizar el mensaje de navegación de
cada satélite.
Sistema GLONASS:
Sector Espacial
CLASE 2 20/21
•El sector espacial está formado por la constelación
de satélites, la cual se compone de 24 satélites en
tres planos orbitales.
•Los planos son de 64.8° respecto del Ecuador.
•Los Satélites GLONASS se encuentran a una
distancia aproximada de 19100 Km y se sitúan en
órbitas casi circulares con semi-eje mayor de
aproximadamente 25510 Km, siendo el periodo
orbital de 11 horas y 15 minutos.
Sistemas GNSS Proyectados:
Teoría GALILEO
CLASE 2 21/21
• GALILEO es un sistema completamente independiente de GPS, pero totalmente compatible e interoperable con el.
• Este sistema fue propuesto por la Unión Europea con el apoyo de la agencia espacial europea y un grupo de inversionistas privados.
• Con un costo aproximado a los 3 billones de euros se esperaba que estuviese en una fase completamente operacional para el año 2008.
• Los objetivos principales son dotar a Europa de una infraestructura global para servicios de localización complementando a las ya existentes GPS y GLONASS.
• Como segundo objetivo se plantea como creación de un sistema mundial de navegación por satélite que elimine la dependencia del sistema norteamericano en términos estratégicos y comerciales.
GNSS EN MODO GEODÉSICO
• Definición del Modo Geodésico.
• Determinación de las Coordenadas
Geodésicas.
• Georreferenciación Absoluta y Relativa.
CLASE 3 1/26
GNSS EN MODO GEODÉSICO
• Definición del Modo Geodésico:
El objetivo es calcular las coordenadas del
observador (receptor GPS), referidas a un
sistema global, a partir de las mediciones
efectuadas entre el receptor y los satélites GPS
que tienen coordenadas conocidas a lo largo del
tiempo.
CLASE 3 2/26
GNSS EN MODO GEODÉSICO
• Determinación de las Coordenadas
Geodésicas:
Como se esbozo en la introducción, es posible determinar las coordenadas
geodésicas de un punto en base a las aproximaciones que se realizan a la
superficie de la tierra. Este tipo de aproximaciones son superficies
matemáticas conocidas como elipsoides.
CLASE 3 3/26
Esto se consigue mediante la resolución de las ecuaciones generadas
a partir de la información entregada por cada satélite a los receptores
CLASE 3 4/26
GNSS EN MODO GEODÉSICO
• Georeferenciación Absoluta:
Se realiza con un único receptor, y consiste en la solución de una intersección directa de todas las distancias receptor-satélite sobre el lugar de estación en un período de observación dado. La medida y la solución sor por lo tanto directas.
Para resolver un posicionamiento absoluto es necesario recibir la información de al menos cuatro satélites, ya que cada uno de ellos proporciona una ecuación al sistema y nuestras incógnitas son cuatro (X,Y,Z y estado del reloj del receptor).
CLASE 3 5/26
GNSS EN MODO GEODÉSICO • Georeferenciación Relativa Diferencial:
El posicionamiento diferencial consiste en hallar la posición absoluta de un
punto (móvil, objetivo, etc.) mediante las observaciones realizadas desde ese punto a unos determinados satélites, sumadas a las realizadas en ese mismo instante desde otro punto (referencia) a esos mismos satélites.
Por lo tanto, aquí aparece el concepto de línea base, que es la línea recta que une el punto de referencia y el punto objetivo.
Esta línea base, no es medida de forma directa, ya que nuestras observaciones son sobre los satélites y no entre los puntos.
CLASE 3 6/26
GNSS EN MODO GEODÉSICO • Sistemas de Referencia Satelitales:
Un sistema de referencia geodésico es un recurso matemático que permite asignar coordenadas a puntos sobre la superficie terrestre.
El mas utilizado por nuestras entidades es el WGS-84, que junto con ser un sistema geocéntrico fijo a la tierra también se le considera un elipsoide y un modelo gravitacional.
Este es el sistema utilizado para la difusión de las efemérides radiodifundidas por los satélites GPS.
CLASE 3 7/26
GNSS EN MODO GEODÉSICO
CLASE 3 8/26
– El vector “a” representa las coordenadas
incognitas (X,Y,Z)R del receptor, obtenidas a
partir de las coordenadas dadas (x,y,z)S del
satelite (representadas por el vector “c”) y del
vector receptor–satélite (representado por el
vector “b”).
– La solución a lo anterior será posible cuando
se mida la magnitud del vector “b” a varios
satelites, o sea, el problema práctico se
resume en medir las distancias receptor-
satélite y de esa manera es posible calcular
las coordenadas (X, Y, Z)R del receptor
TEORIA DE LA SEÑAL
CLASE 3 9/26
P= periodo (seg.)
l = longitud de onda (m)
f= frecuencia circular (ciclos: s-
1* )
c= velocidad de la luz (m/s)
RO= Dist. Teor.
TEORIA DE LA SEÑAL:
Espectro Electromagnético
CLASE 3 10/26
TEORIA DE LA SEÑAL:
Segmento K, L, X, P
CLASE 3 11/26
Banda L: la banda L es una radiofrecuencia de las microondas IEEE US,
que usa las frecuencias de 1.2 a 2.7 GHz app. Es la banda en la que se
transmite la señal desde los satélites GPS. Además se utiliza en
transmisiones de radio digitales.
Banda K: la banda K esta definida por el IEEE como un segmento del
espectro electromagnético en el rango de las frecuencias de microondas
comprendidas entre los 18 y los 27 GHz.
Banda X: La banda X es utilizada habitualmente para realizar
transmisiones por satélites. El estándar para la banda de bajada va de los
7.25 a los 7.75 GHz, mientras que para enviar datos a los satélites va de
7.9 a los 8.4 GHz.
Banda P: va de los 0.25 a los 0.5 GHz. Y era la banda por la que
transmitían los primeros satélites.
TEORIA DE LA SEÑAL:
Propiedades de las OEM
CLASE 3 12/26
Las 2 Principales propiedades de las OEM son que:
No requiere de un medio para viajar, por ende lo puede hacer en el vacio.
Viaja a la velocidad de la luz.
Posicionamiento Satelital Estructuras de las Señales Transmitidas
• Código PseudoAleatorios
• El código que se quiere detectar superará un determinado umbral.
CLASE 3 13/26
Posicionamiento Satelital Estructuras de las Señales Transmitidas
• Códigos PseudoAleatorios • Estos códigos están formados por una serie impar de n
bits con una duración de T segundos.
a0,a1,a2,...,an-1 con ai=±1
– Su espectro es similar al ruido (tienen componentes
frecuenciales en todo el rango de frecuencias).
– Cada uno de estos códigos pseudo aleatorios se asigna a cada
uno de los satélites. El receptor, para separar la señal de un
satélite del resto, correlaciona las series recibidas con el código
que desea detectar.
CLASE 3 14/26
Posicionamiento Satelital Estructuras de las Señales Transmitidas
• Código Pseudo aleatorios.
- Es muy importante que el receptor y el satélite estén
sincronizados para que la correlación comience cuando
llega la señal procedente del satélite.
CLASE 3 15/26
Posicionamiento Satelital Estructuras de las Señales Transmitidas
• Código Pseudo aleatorios.
-Los códigos deben tener una buena función de auto correlación:
• Para t=0 debe haber un pico lo más acusado posible (el
código será mejor cuanto más largo).
• El nivel de los lóbulos secundarios debe ser bajo (el código
será mejor cuanto más aleatorio sea).
CLASE 3 16/26
Posicionamiento Satelital Estructuras de las Señales Transmitidas
• El sistema NAVSTAR-GPS emplea dos tipos de códigos, a saber:
– Código C/A (Clear/Adquisition): empleado para navegación de
baja precisión (uso civil).
– Código P: empleado para navegación de alta precisión (uso
militar).
CLASE 3 17/26
Posicionamiento Satelital Estructuras de las Señales Transmitidas
• Código C/A
– Para obtenerlo se multiplica la salida de dos códigos de 1023
bits.
– La frecuencia de reloj que se emplea es de 1,023 MHz.
• Si T es el tiempo de duración de 1 bit (10-6/1.023 s).
• El tiempo de duración del código es:
• La distancia equivalente a la duración de un bit es
CLASE 3 18/26
Posicionamiento Satelital Estructuras de las Señales Transmitidas
• Código P
– Para obtenerlo se multiplica la salida de dos códigos (P1,P2)
– La frecuencia de reloj que se emplea es de 10.23 MHz
– La longitud de los dos códigos que se multiplican para obtener el
código P es de:
• P1: 15345000 bits
• P2: 15345034 bits
• Si T es el tiempo de duración de 1 bit (10-6/10.23 s)
• La distancia equivalente a la duración de un BIT es
CLASE 3 19/26
Posicionamiento Satelital Estructuras de las Señales Transmitidas
• La precisión en la medida del retardo está asociada con
el tiempo de duración de 1 BIT. Si se ha estimado que la
precisión media del retardo es de 1% aproximadamente,
entonces el error instrumental en el cálculo de las
pseudo distancias es:
– Códigos C/A : 3 m
– Códigos P : 0.3 m
CLASE 3 20/26
Posicionamiento Satelital Estructuras de las Señales Transmitidas
• Fase Portadora
– La operación en la geodesia satelital esta basda en la transmisión de datos desde el satélite hasta el usuario mediante ondas electromagnéticas
– Propiedades Básicas de las Ondas Electromagnéticas
– f= frecuencia circular (ciclos: s-1* )
– P= periodo (seg.)
– l = longitud de onda (m)
– c= velocidad de la luz (m/s)
CLASE 3 21/26
Posicionamiento Satelital Estructuras de las Señales Transmitidas
• Fase Portadora
– La instantánea de la frecuencia circular f, es definida también por la derivada de la fase j con respecto al tiempo.
– La fase resultante, asumiendo que la frecuencia es constante y que la fase de inicio es cero en t0
– La fase de onda portadora (j) es la diferencia entre la fase de la señal js(T) recibido en el receptor y la fase j(t) generada en el receptor en un mismo instante. A la fase observada se le denomina frecuencia de batimiento y está dada por:
CLASE 3 22/26
Posicionamiento Satelital Estructuras de las Señales Transmitidas – Modulación
• Las ondas portadoras están diseñadas para llevar los códigos binarios C/A y P en un proceso conocido como modulación. Modulación significa que los códigos están superpuestos sobre la onda portadora. Los códigos son códigos binarios. Esto significa que sólo pueden tener dos valores -1 y +1. Cada vez que el valor cambia, hay un cambio en la fase de la portadora.
– ¿Por qué se utiliza?
• Se utiliza la fase portadora porque esta puede proporcionar una medida hacia el satélite mucho más precisa que la que se consigue utilizando el código C/A o el código P. La onda portadora de L1 tiene una longitud de 19.4cm. Si se pudiera medir el número de longitudes de onda (completas y fraccionarias) que existen entre el satélite y el receptor, se obtendría una distancia muy precisa al satélite
CLASE 3 23/26
Posicionamiento Satelital Estructuras de las Señales Transmitidas
CLASE 3 24/26
Posicionamiento Satelital
Diagrama de bloques del generador de la señal GPS
CLASE 3 25/26
Posicionamiento Satelital
Estructura de las Señales Transmitidas
CLASE 3 26/26
ALGORITMO DE SOLUCION PARA
EL POSICIONAMIENTO EN 2 Y 3 D • Determinación de las Coordenadas Geodésicas:
CLASE 4 1/27
Si se sabe que un satélite determinado se encuentra a 20200 Km., se estará situado dentro de la superficie de una esfera de ese radio.
Si se dispone de dos satélites, nos encontramos dentro de la sección entre las dos esferas.
Si se dispone de un tercer satélite, la posición estará determinada por la intersección de la tercera esfera con la circunferencia.
• El código de pseudo distancia para un tiempo “t” puede ser modelado
SI
Entonces
Donde
SD es la medida del código de la pseudo distancia entre el sitio observado “r” y el satélite “s”
es la distancia geométrica entre el satélite y el punto observado
c velocidad de la luz
desviación de los relojes
CLASE 4 2/27
ALGORITMO DE SOLUCION PARA
EL POSICIONAMIENTO EN 2 Y 3 D
CLASE 4 3/27
ALGORITMO DE SOLUCION PARA
EL POSICIONAMIENTO EN 2 Y 3 D
• Examinando la ecuación
• La coordenada del punto a determinar está implícita en la distancia , la que puede ser escrita de la forma explicita:
Donde
son las componentes de la posición vectorial geocéntrica del satélite en un Tiempo “t”
son las coordenadas incógnitas del sitio observado
CLASE 4 4/27
ALGORITMO DE SOLUCION PARA
EL POSICIONAMIENTO EN 2 Y 3 D
– Coordenadas del satélite –CONOCIDAS-
– Corrección al reloj del satélite –CONOCIDA-
– Pseudo distancia –CONOCIDA-
CLASE 4 5/27
ALGORITMO DE SOLUCION PARA
EL POSICIONAMIENTO EN 2 Y 3 D
CLASE 4 6/27
ALGORITMO DE SOLUCION PARA
EL POSICIONAMIENTO EN 2 Y 3 D
• Configuración Básica LD para SD
– Es definida como la condición de que el numero de observaciones debe ser igual o mayor al numero de incógnitas (donde las posible situaciones de deficiencia no son consideradas). El numero de observaciones es ns y nt. Donde
– ns numero de satélites y
– nt numero de época (t)
– Para el posicionamiento de un punto estático, las tres coordenadas del sitio observado y la desviación del reloj del receptor para cada tiempo de observación son desconocidas. Entonces el numero de incógnitas son 3+nt
• Para ns=4, solución nt>1
Esta solución refleja el
posicionamiento
instantáneo del GPS
CLASE 4 7/27
ALGORITMO DE SOLUCION PARA
EL POSICIONAMIENTO EN 2 Y 3 D
• Modelo de la distancia por fase – La Pseudo distancia puede ser también modelada por la medida de la fase portadora, el
modelo matemático para está medida es:
– Donde
• El la medida de la fase portadora medida en ciclos
• Es la longitud de onda
• Es la misma que la del modelo de rango por código
• Numero entero, o también llamado ambigüedad del entero
• Frecuencia de la señal
• desviación del reloj
CLASE 4 8/27
ALGORITMO DE SOLUCION PARA
EL POSICIONAMIENTO EN 2 Y 3 D
CLASE 4 9/27
• Modelo de la distancia por fase
Si
Entonces
ALGORITMO DE SOLUCION PARA
EL POSICIONAMIENTO EN 2 Y 3 D
CLASE 4 10/27
• Configuración Básica para distancia por fase
- Usando la misma configuración de antes, el numero de observaciones de nuevo
son ns y nt. El numero de incógnitas, sin embargo, el numero de ns ha aumentado debido a la ambigüedad.
Para posicionamiento estático:
Para ns=5, solución nt>2
La solución para una época “t”
No existe para posicionar un
punto con la fase portadora
ALGORITMO DE SOLUCION PARA
EL POSICIONAMIENTO EN 2 Y 3 D
CLASE 4 11/27
• Posicionamiento Diferencial – El posicionamiento con GPS diferencial, abreviado DGPS, es
una técnica donde dos o más receptores son usados. Un receptor es colocado en un sitio referido “A” con coordenadas conocidas y el receptor remoto “B” usualmente está en movimiento.
– La referencia o estación base calcula las correcciones a la Pseudo distancia (PRC) y los rangos de corrección a la distancia (RRC), que son transmitidas a la estación remota en tiempo casi real.
– El receptor remoto aplica las correcciones a la pseudo distancia medida y perfecciona el posicionamiento del punto con la pseudo distancia corregida
ALGORITMO DE SOLUCION PARA
EL POSICIONAMIENTO EN 2 Y 3 D
CLASE 4 12/27
• DGPS con código de distancia – El código de distancia de una estación base “A” medida en un
tiempo “t”, es modelada por:
• Donde La distancia geométrica se conoce
ALGORITMO DE SOLUCION PARA
EL POSICIONAMIENTO EN 2 Y 3 D
CLASE 4 13/27
• DGPS con código de distancia – El código de distancia para la estación remota “B”, medida en un
tiempo “t”, puede ser modelada analógicamente por:
Aplicando la corrección
a la distancia
• Donde – El error por reloj del
satélite desaparece.
– Para distancias moderadas
de la base línea, el error de la
orbita radial en la base y en la
estación remota, es equivalente.
ALGORITMO DE SOLUCION PARA
EL POSICIONAMIENTO EN 2 Y 3 D
CLASE 4 14/27
• DGPS con código de distancia
ALGORITMO DE SOLUCION PARA
EL POSICIONAMIENTO EN 2 Y 3 D
CLASE 4 15/27
• DGPS con Fase Portadora
La pseudo distancia derivada de la medida desde la fase
portadora a la estación base en un tiempo “t”, puede ser
modelada por fase portadora
ALGORITMO DE SOLUCION PARA
EL POSICIONAMIENTO EN 2 Y 3 D
CLASE 4 16/27
• DGPS con Fase Portadora (the last one.........)
ALGORITMO DE SOLUCION PARA
EL POSICIONAMIENTO EN 2 Y 3 D
MÉTODOS DE
GEORREFERENCIACIÓN
GEODÉSICO
• Método Estático.
• Método Dinámico K.
• Modo RTK.
CLASE 4 17/27
MÉTODOS DE
GEORREFERENCIACIÓN
GEODÉSICO
CLASE 4 18/27
19/27 Posicionamiento Absoluto
20/27 Posicionamiento Diferencial
21/27 Método Estático
• Este método de posicionamiento consiste en el estacionamiento de
receptores que no varían su posición durante la etapa de observación. La
referencia puede establecerse en cualquiera de ellos y la precisión será
función del tiempo de observación, de la geometría y del instrumental
utilizado.
- Métodos Dinámicos • Este método constituye una solución eficaz al inconveniente de los
posicionamientos estáticos que requerían períodos de observación
prolongados. Esta indicado para el tratamiento de observables de
diferencia de fase.
22/27 Modo RTK
• El procesamiento de estas observaciones puede ser realizado con un software post-proceso, previa inserción de los datos de observación necesarios, ya sea en campo o en gabinete.
• El trabajo en tiempo real no es un método de posicionamiento por satélite, sino que es una forma de obtener los resultados una vez procesadas las observaciones.
• Ahora bien, este cálculo puede ser realizado de forma inmediata a la recepción de las observaciones y ser efectuado por la unidad de control, obteniendo las coordenadas en el instante, es decir, en tiempo real.
HARDWARE EN TERRENO
• Georeceptores, Tipos, Modelos y
Aplicaciones.
CLASE 4 23/27
- Georeceptores: Tipos y
Modelos 1º NAVEGADORES:
Solo reciben datos de código C/A por la portadora L1. Los equipos para navegación son receptores GPS muy sencillos y de bajo precio. Son equipos que funcionan autónomamente, no necesitan descargar datos para conseguir la precisión menor de los 100 m.
2º GPS SUBMETRICOS:
Son receptores GPS con recepción de las mismas observables que los anteriores. L1 solo código C/A.
La gran diferencia con los anteriores es que ya trabajan diferencialmente, es decir, un equipo de referencia, grabando datos continuamente y el equipo móvil tomando los puntos que deseemos levantar ya sea de modo estático o bien cinemático.
CLASE 4 24/27
- Georeceptores: Tipos y
Modelos 3º GPS MONOFRECUENCIA DE CODIGO Y FASE:
Estos receptores al igual que los anteriores toman todas sus observables de la portadora L1, pero con la diferencia de que además de tomar medidas de código C/A también realizan medida de fase. También trabajan en modo diferencial, es decir, se necesitan dos receptores tomando medidas simultáneamente, referencia y móvil.
4º GPS DOBLE FRECUENCIA:
Los posicionamientos posibles con estos equipos son: Estático, Estático Rápido, Stop&Go, Cinemático y KOF como métodos de postproceso y además la posibilidad de realizar todos éstos en Tiempo Real. La principal ventaja con respecto a los equipos monofrecuencia con medida de fase es un aumento en la precisión hasta 5mm+1ppm y sobre todo una enorme disminución en los tiempos de observación.
CLASE 4 25/27
- Georeceptores: Aplicaciones
CLASE 4 26/27
- Georeceptores: Aplicaciones
• APLICACIONES TERRESTRES • Levantamientos y Geodesia.
• Transportes y Comunicaciones.
• APLICACIONES MARÍTIMAS • Levantamientos y Geodesia.
• Transporte y Ciencias Marítimas.
• APLICACIONES AEREAS • Levantamientos y Geodesia.
• Transportes.
• APLICACIONES ESPACIALES
• APLICACIONES RECREACIONALES
• APLICACIONES MILITARES
CLASE 4 27/27
GALILEO
CLASE 5 1/8
•GALILEO es la iniciativa europea surgida para desarrollar un Sistema Global
de Navegación por Satélite, de titularidad civil, que proporcione a Europa
independencia respecto a los sistemas actuales: GPS y GLONASS.
•El funcionamiento de GALILEO es similar al de sus
competidores; todo se basa en una constelación de
satélites que en pocas horas dan la vuelta al
mundo.
•El corazón del sistema lo constituyen los relojes
atómicos, de extremada precisión, que van a bordo
de los satélites y que proporcionan una referencia
de tiempo precisa para que el receptor mida el
tiempo que tarda la señal en llegar desde el satélite
(en 1 segundo recorren 300.000.000 metros).
Sistema GALILEO: Componente Global La componente global del sistema GALILEO estará formada por el segmento espacio,
(constelación de satélites), y el segmento terreno asociado a la constelación.
CLASE 5 2/8
Sistema GALILEO: Segmento Espacio
•Constelación de satélites: 24 satélites en órbitas de media altura y 8
satélites geoestacionarios - Constelación MEO (órbita media terrestre)
•Los planos orbitales cuentan con una inclinación de 56º, (órbitas
directas). Esta alta inclinación permitirá una cobertura de muy buena
calidad en latitudes extremas, (hasta 75º).
•Las órbitas de todos los satélites
serán circulares de 23.600 Kms de
altura sobre la superficie terrestre,
(semieje mayor de 29.900 Km y
periodos orbitales ligeramente
superiores a las 14 horas).
CLASE 5 3/8
Sistema GALILEO: Segmento Terreno
•Gestionar la constelación de los satélites y controlar los principales
parámetros de navegación: determinación orbital de los satélites y
sincronización de los relojes.
•Determinar y difundir, mediante los propios satélites de la constelación,
los datos de integridad, es decir, los avisos de alerta de mal
funcionamiento del sistema dentro de los intervalos de tiempos de aviso
requeridos.
•Proveer los interfaces necesarios tanto con los centros de servicios que
proporcionan servicios comerciales, como con el segmento terreno del
Sistema COSPAS-SARSAT que proporciona servicio de Búsqueda y
Salvamento.
CLASE 5 4/8
Sistema GALILEO: Componentes
CLASE 5 5/8
Sistema GALILEO: Servicios
CLASE 5 6/8
HARDWARE INTEROPERABLE
• Se entiende al sistema GALILEO como un sistema de hardware interoperable o compatible, porque un receptor Galileo podrá utilizar simultaneamente las señales recibidas tanto de satélites Galileo como de satélites de la constelación GPS. La compatibilidad de radio frecuencias es esencial para hacer que los sistemas actuales GPS, GLONASS y GALILEO sean interoperables entre si.
CLASE 5 7/8
MEDICION GPS EN TERRENO
CLASE 6
Programación Set Up Inicialización Metodologías
POST-PROCESO Y MANEJO DE
DATOS
CLASE 6
Bajada de Datos
Procesamiento Preliminar
Procesamiento de Líneas Base
Ajuste de Líneas Base
PROYECCIONES Y
APLICACIONES
CLASE 7 8/8
GEOMATICA
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