01 1- introduccion gps modo de compatibilidad
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1.- Introducción a GPS
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Introducción al Sistema GPS
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3 Leica Geosystems Mexico
•Descripción del Sistema GPS
•Clasificación Según su Aplicación
•Ventajas del Sistema GPS
•Limitaciones del Sistema GPS
Introducción al Sistema GPS
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4 Leica Geosystems Mexico
Global Positioning System
Sistema de Posicionamiento Global
Sistema puesto en servicio (1978 ) y administrado p or el Departamento de Defensa de los E. U. A. Usa la constelación NAVSTAR ( NAVigation
System Time And Range ) Sistema de Navegacion que proporciona tiempo y distancia y sirve para proveer al usuario de info rmación de alta
precisión de:
· Navegación· Ubicación exacta en 3D· Tiempo (Sincronización)
Descripción del Sistema GPS
GPS
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5 Leica Geosystems Mexico
Constelación de 32 Satélites.
• 28 Satélites disponibles,• 4 Satélites de Reserva,• Ubicados en 6 planos orbitales, • 55°de inclinación,• Angulo de separación 60°,• 20,200km de altura orbital,• 12 horas de período orbital,• Visibles entre 4 y 5 horas,• Vida Útil de 7.5 años,• Relojes atómicos de Cesio-Rubidio,
• Precisión nona segundos0.000 000 001 seg.
Componentes del Sistema GPS
Segmento Espacial:
Descripción del Sistema GPS
Ecuador55°
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6 Leica Geosystems Mexico
Estado Actual 2 – Agosto – 2007.
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7
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8 Leica Geosystems Mexico
Componentes del Sistema GPS.
Segmento Usuario:
Recibe las señales de los satélites y las utiliza para calcular la posición de un punto o móvil.
Controlador:
Manipula y Muestra los Datos del Receptor.
Receptor:
Registra los datos transmitidos, calcula la distancia receptor-satélite y almacena toda la Información.
Antena:
Recibe la señal de los satélites.
Descripción del Sistema GPS
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9 Leica Geosystems Mexico
Descripción del Sistema GPS
D = V x T
Mediciones de GPS con Código.(Pseudo-Rangos o Pseudo-Distancias)
La Distancia es calcula por la diferencia de tiempo entre la velocidad de transmisión de la señal de GPS.
Distancia = Velocidad X Tiempo
D= V x T
T = 10:25:30.1212-10:25:30.1901
T = 0.0689 seg.
D = 300,000 Km/seg. X ( 0.0689 seg. )
D = 20,670 Km .
Vel. de Transmisión:
300,000 Km/seg.
10:25:30.1212
10:25:30.1901
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10 Leica Geosystems Mexico
Xll
Vl
Principio GPS: Distancia
Xll
Vl
Xll
Vl
Xll
Vl
Distancia = Tiempo de Viaje x Velocidad de la Luz
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11 Leica Geosystems Mexico
Estamos ubicados en algún lugar de una esfera de ra dio R1
R1
Principio GPS: Posición de Puntos
R2
2 esferas se intersectan formando un círculo
R3
3 esferas se intersectan en un punto (Latitud, Long itud y Altura)
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12 Leica Geosystems Mexico
Descripción del Sistema GPS
Mediciones de GPS con Fase Portadora.
La Distancia es calcula por medio del numero de ciclos recibidos y estos son multiplicados por la longitud de onda.
Long. de Onda en L1 = 19 cm.
Long. de Onda en L2 = 24 cm.
Distancia = No. de ciclos X Long. De Onda
D= No. Ciclo x L O
Ejemplo:
No. De ciclos recibidos = 108,235,169
D = 108,235,169 x 0.19
D = 20,564.682 Km .
No. de ciclos recibidos
10:25:30.1212
10:25:30.1901
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13 Leica Geosystems Mexico
Cada satélite GPS transmite varias señalesLa señal comprende dos ondas portadoras (L1 and L2) y dos códigos (C/A en L1 y P o Y tanto en L1 como en L2) así como el mensaje orbital del satélite
FrecuenciaFundamental10.23 MHz
x 154
x 120
L11575.42 MHz
L21227.60 MHz
Código C/A1.023 MHz
Código P10.23 MHz
Código P10.23 MHz
÷ 10
50 BPS Mensaje del Satélite
Estructura de la Señal GPS
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14 Leica Geosystems Mexico
D = V (∆T)
Seudo Distancias (Código)
� Cada satélite transmite una señal única que se repite aproximadamente cada 1 mseg.
� El receptor compara una señal generada internamente con la señal recibida
� A partir de la diferencia de tiempo (dT) se puede determinar la distancia
� El reloj del receptor debe estar sincronizado con el reloj del satélite
∆T
Código recibido
del satélite
Código
generado por
el Receptor
Distancia a partir de Observaciones de Código
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15 Leica Geosystems Mexico
D � c ∆T + λN
∆T
Fase Recibida
del Satélite
Fase Generada
por el Receptor
Distancia a partir de Observaciones de Fase
Observaciones de fase
� La longitud de onda es de 19 cm en L1 y 24 cm en L2
� El receptor compara una fase autogenerada con la fase recibida
� El número de longitudes de onda es desconocido cuando se enciende el receptor (ambigüedad de fase portadora)
� Mientras se rastrea el satélite, un cambio en la distancia se puede apreciar (la ambigüedad de fase portadora permanece constante)
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16 Leica Geosystems Mexico
Posicionamiento Puntual
X=Y=Z=
Coordenadas en sistema WGS-84
X=Y=Z=
X=Y=Z=
X=Y=Z=
X=Y=Z=
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17 Leica Geosystems Mexico
P = Posición Verdadera
h En teoría la posición de un punto puede tener una exactitud de 10 a 20 metros utilizando el código C/A
Posicionamiento Puntual
P
20 m
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18 Leica Geosystems Mexico
Desafortunadamente
GPS no trabaja en un laboratorio
Trabaja en un mundo real el cuál tiene una serie de fuentes de error
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19 Leica Geosystems Mexico
Modelo del reloj del SatéliteEl tiempo es una parte muy crítica para el GPS, y aún cuando son usados relojes atómicos, estos estan sujetos a pequenas imprecisiones de tiempo, y estas imprecisiones se traducen en errores de posición.
Incertridumbres en la Órbita
La posición de los satélites en el espacio es también una parte importante, ya que esta es el inicio de todos los cálculos.Se desvía un poco de sus órbitas predefinidas.
Fuentes de Error: Error en los Satelites
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20 Leica Geosystems Mexico
� Los satélites GPS transmiten vía ondas de radio la información de su tiempo y se asume que estas senales de radio viajan a la velocidad de la lúz.
� Estas senales deben viajar a través de las diversas capas que forman parte de la atmosfera.
� Al pasar dor las diferentes capas, la senal sufre retrazos.
� Estos retrazos se traducenen un error en el cálculo de la distancia entre el satélite y el receptor
19,950 Km
200 KmIonósfera
50 KmTropósfera
Fuentes de Error: Errores en la Observacion
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21 Leica Geosystems Mexico
� La Ionósfera
Fuentes de Error: Errores en la Observacion
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Fuentes de Error: Prediccion de la Radiacion Solar.
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23 Leica Geosystems Mexico
� Cuando la senal GPS llega a la superficie de la Tierra, esta puede reflejarse en varios objetos.
� Primero la antena recibe la senal directamente, un poco mas tarde recibe la senal que ha sido reflejada en alguna obstrucción.
Fuentes de Error: Multi-Trayectoria.
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24 Leica Geosystems Mexico
0
100
200
300
400M
etro
s
User Equivalent Range Errors (UERE)
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25 Leica Geosystems Mexico
Posicionamiento Diferencial
X=Y=Z=
X=Y=Z=
X=Y=Z=
X=, Y=, Z=
X=Y=Z=
X=Y=Z=
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26 Leica Geosystems Mexico
GPS Diferencial.
Se determina una posición a partir de otra conocida.
GPS Diferencial
Línea Base Línea Base
Punto a medirPunto conocido
X, Y , ZPunto a medir
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27 Leica Geosystems Mexico
Angulo de Corte (Angulo de Elevación)
10 ° 10 °
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28 Leica Geosystems Mexico
h Es un indicador de la incertidumbre de una posición con respecto a la geometría de los satélites
h Es un indicador de la fuerza de la figura formada por los satélites rastreados en el momento de la medición
h GDOP (Geométrica)h Inlcuye Lat, Lon, Altura y Tiempo
h PDOP (Posición)h Incluye Lat, Lon y Altura
h HDOP (Horizontal)h Incluye Lat y Lon
h VDOP (Vertical)h Incluye altura sólamente
GDOP Bueno
Pérdida de Precisión (DOP) - 1/2
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29 Leica Geosystems Mexico
h Es un indicador de la incertidumbre de una posición con respecto a la geometría de los satélites
h Es un indicador de la fuerza de la figura formada por los satélites rastreados en el momento de la medición
h GDOP (Geométrica)h Inlcuye Lat, Lon, Altura y Tiempo
h PDOP (Posición)h Incluye Lat, Lon y Altura
h HDOP (Horizontal)h Incluye Lat y Lon
h VDOP (Vertical)h Incluye altura sólamente
GDOP Pobre
Pérdida de Precisión (DOP) - 2/2
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30 Leica Geosystems Mexico
GPS Diferencial.
Posición relativa entre dos o más estaciones GPS.
•Elimina los errores en los relojes y en las efemérides.
•Elimina los efectos atmosféricos.
GPS Direfencial
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31 Leica Geosystems Mexico
•Diferencial en Post - Proceso•Solución u obtención de las coordenadas en
proceso posterior.
•Diferencial en Tiempo Real•Obtención de las coordenadas al instante.
GPS Diferencial
GPS Direfencial
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32 Leica Geosystems Mexico
Post Proceso
GPS Diferencial
GPS Direfencial
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33 Leica Geosystems Mexico
Programa de Pos - proceso:
•Cálculo de la posición.•Métodos diferenciales.•Transformación de Coordenadas.•Exportación / Importación de datos.•Ajuste de Redes.
GPS Diferencial
Post Proceso
GPS Direfencial
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34 Leica Geosystems Mexico
GPS RTK
Antena:
Recibe la señal de los satélites.
GPS Diferencial de Tiempo Real
Radio módem:
Establece el radio enlace entre las estaciones.
Controlador:
Manipula y Muestra los Datos del Receptor.
Receptor:
Registra los datos transmitidos, calcula la distancia receptor-satélite y almacena toda la Información.
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35 Leica Geosystems Mexico
Precisión (línea base) :0.50m a 1m. (superior a 100km)
GPS Diferencial de Tiempo Real de Código
La Estación de Referencia:
• Ubicada en un punto conocido
• Rastreo de todos los satélites disponibles.
• Calcula las correcciones de las coordenadas.
• Mediante el radio enlace transmite los valores de las correcciones de las coordenadas.
La Estación móvil:
• Recibe los valores de las correcciones mediante el radio enlace..
• Aplica los valores de corrección para dar su posición correcta.
GPS Direfencial
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36 Leica Geosystems Mexico
GPS Diferencial de Tiempo Real de Fase
Precisión (línea base) :1cm a 2 cm + 2ppm. (hasta 10km)
La Estación de Referencia:
• Ubicada en un punto conocido
• Rastreo de todos los satélites disponibles.
• Mediante el radio enlace transmite las mediciones GPS y las coordenadas de la estación de referencia.
La estación móvil:
• Recibe las mediciones GPS y las coordenadas de la estación base mediante el radio enlace.
• La estación móvil se hace cargo del cálculo para la solución de ambigüedades.
GPS Direfencial
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37 Leica Geosystems Mexico
•Geodesia
•Topografía
•SIG/GIS
•Navegación Profesional
•Navegación Personal
•Sincronización
Clasificación según la Aplicación
Aplicaciones del Sistema GPS
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38 Leica Geosystems Mexico
•Receptores de doble frecuencia.•9 o 12 Canales•Robustos.•Más Precisos.•Miden Código y Fase Portadora.•Medición de distancias largas (500 Km.. por ejemplo).•Costo $ 48,000 Dls US
Precisión de la línea base:
3mm + 0.5 ppm Método Estático5mm + 0.5 ppm Método Estático Rápido10 a 20 mm + 1 ppm Método Cinemático5mm + 0.5 ppm en Tiempo Real.
Clasificación según la Aplicación
Receptores Geodésicos.
Geodesia
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39 Leica Geosystems Mexico
•Receptores de una frecuencia.•9 o 12 Canales •Más ligeros que los geodésicos.•Menor precisión.•Miden Código y Fase Portadora.•Medición poco frecuente de distancias largas (hasta 100km).•Costo $ 26,000 Dls US
Precisión de la línea base:
10mm + 2 ppm, Método Eestático15 a 30 mm + 2 ppm. método dinámico
Clasificación según la Aplicación
Topografía
Receptores Topográficos
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40 Leica Geosystems Mexico
•Receptores de una frecuencia.•De mano.•Menor precisión.•Miden Codigo y solo algunos modelos miden Fase Portadora.•Medición poco frecuente de distancias largas (hasta 20km).•Costo $ 13,000 Dls US
Precisión de la línea base con mediciones de pseudo rango (código):
0.30 a 0.50 metros, Método Estático 0.50 a 1.0 metros, Método Cinemático.
Clasificación según la Aplicación
Sistemas de Información Geográfica
Receptores GPS/SIG
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41 Leica Geosystems Mexico
•Receptores de una frecuencia.•De mano.•Baja precisión.•Miden Código Únicamente.•Equipos para proveer ubicación a vehículos terrestres, aéreos y marítimos.• Costo $ 500 a 2,000 Dls US
Precisión de la ubicación:
10 a 20 metros.
Receptores para la Navegación Aérea o Marítima.
Clasificación según la Aplicación
Navegación Profesional
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42 Leica Geosystems Mexico
•Receptores de una frecuencia.•De mano.•Baja precisión.•Miden Código Únicamente.•Equipos para proveer ubicación a Personas.•Costo $ 199 a 545 Dls US
Precisión de la ubicación:
10 a 20 metros.
Receptores para la Navegadores Personales.
Clasificación según la Aplicación
Navegación Personal
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43 Leica Geosystems Mexico
•Receptores de una frecuencia.•Receptores robustos y/o para montaje en gabinetes de control•Base de tiempo de mayor exactitud.•Precisión Autónoma ( Promedia Posición de 24 a 72 Hrs.)•Miden Código y Fase Portadora.•Múltiples salidas para sincronía y control de otros dispositivos.•Opción de trabajar con bases de tiempo: Atómica, Rubidio, Cesio y Cuarzo.•Costo $ 5,000 Dls US
Precisión del Tiempo:
10 milisegundoso nona segundos con relojes de Rubidio.
Receptores para la Sincronización.
Clasificación según la Aplicación
Sincronización
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44 Leica Geosystems Mexico
•No es necesaria la visibilidad entre estaciones.•Selección de sitio independiente de la red.•Reducción del número de sitios.•Beneficios ambientales.•Independiente del clima.•Operación diurna y nocturna.•Operación sencilla.•Amplia gama de aplicaciones.•Precisión Geodésica.•Significativamente más rápido.•Ventajas económicas.
Ventajas del Sistema GPS
Ventajas vs Equipo convencional
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45 Leica Geosystems Mexico
•Mediciones a cielo abierto.
•Obstrucciones:· Interferencia Electromagnética. · Edificios y construcciones. · Cerros y montañas.· Follaje.
Limitaciones del Sistema GPS
Limitaciones vs Equipo convencional
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46 Leica Geosystems Mexico
Limitaciones del Sistema GPS
Interferencia Electromagnetica.
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Preguntas… ?
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Finalmente…..