gps completo

GPS Basics50403020

Versión 1.0Español

Introduccción al Sistema GPS (Sistema de Posicionamiento Global)

2 GPS Basics -1.0.0es

Indice

Prefacio .......................................................... 4

1. ¿Qué es el GPS y qué hace? .................... 5

2. Descripción del Sistema ........................... 62.1 El segmento Espacial ............................................ 62.2 El Segmento de Control ......................................... 82.3 El Segmento de Usuarios ...................................... 9

3. Cómo funciona el GPS............................ 103.1 Navegación Autónoma.......................................... 11

3.1.1 Medición de la distancia a los satélites .................. 113.1.2 Cálculo de la distancia al satélite ........................... 133.1.3 Fuentes de Error .................................................... 143.1.4 ¿Por qué son más precisos los receptores militares?18

3.2 Posicionamiento Diferencial (DGPS) .................... 193.2.1 El Receptor de Referencia ..................................... 203.2.2 El Receptor Móvil ................................................... 203.2.3 Detalles adicionales ............................................... 20

3.3 GPS Diferencial de Fase y Resolución deAmbigüedades .......................................................... 22

3.3.1 Fase Portadora, códigos C/A y P ........................... 223.3.2 ¿Por qué utilizar la Fase Portadora? ...................... 233.3.3 Diferencias Dobles ................................................. 233.3.4 Ambigüedades y Resolución de Ambigüedades .... 24

4. Aspectos Geodésicos ............................. 264.1 Introducción ......................................................... 274.2. Sistema de Coordenadas GPS ........................... 284.3 Sistemas de Coordenadas Locales ...................... 294.4 El problema de la Altura ....................................... 304.5 Transformaciones ................................................ 314.6 Proyecciones de Mapas y Coordenadas Planas ... 34

4.6.1 Proyección Transversa de Mercator ....................... 354.6.2 Proyección de Lambert ......................................... 37

5. Levantamientos con GPS ....................... 385.1 Técnicas de medición GPS .................................. 39

5.1.1 Levantamientos Estáticos ...................................... 405.1.2 Levantamientos Estático Rápidos .......................... 425.1.3 Levantamientos Cinemáticos ................................. 445.1.4 Levantamientos RTK ............................................. 45

5.2 Preparación del Levantamiento ............................ 465.3 Consejos durante la operación ............................. 46

Glosario ........................................................ 48

Lecturas recomendadas ............................. 59

Índice alfabético .......................................... 60

3GPS Basics -1.0.0es

Prefacio

1. ¿Qué es el GPS y qué hace?

2. Descripción del Sistema

3. Cómo funciona el GPS

4. Aspectos Geodésicos

5. Levantamientos con GPS

Glosario

Lecturas recomendadas

Índice alfabético

Contenido

Contenido

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59

60

4 GPS Basics -1.0.0esPrefacio

Prefacio¿Por qué hemos escrito este libro y aquién está dirigido?

Leica fabrica, entre otros productoshardware y programas para GPS.

Este hardware y programas son utilizadospor numerosos profesionistas, para muydiversas aplicaciones. Una característicaque tienen en común casi todos nuestrosusuarios es que no son expertos en elsistema GPS ni en Geodesia. Casi todosellos emplean el GPS como unaherramienta para realizar su trabajo. Por lotanto, resulta de gran utilidad contar coninformación acerca del sistema GPS y dela forma en que opera.

Este libro tiene como finalidad proporcionaral usuario (principiante o potencial) lainformación básica del sistema GPS yGeodesia. Cabe aclarar que no pretendeser un manual técnico de GPS oGeodesia: para tales fines, existe toda unabibliografía disponible, parte de la cual seincluye en las últimas páginas de este libro.

El presente está dividido en dos seccionesprincipales. La primera explica lo que es elsistema GPS y la forma en que trabaja. Enla segunda se explican los fundamentosbásicos de la Geodesia.

5GPS Basics -1.0.0es Descripción del Sistema

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1. ¿Qué es el GPS y qué hace?GPS es la abreviatura de NAVSTAR GPS.Este es el acrónimo en Inglés deNAVigation System with Time And RangingGlobal Positioning System, (que enEspañol significa Sistema dePosicionamiento Global con Sistema deNavegación por Tiempo y Distancia).

GPS es la solución para una de lasincógnitas más antiguas que se haplanteado el hombre: el preguntarse "¿Enqué lugar de la Tierra me encuentro?"

Uno puede pensar que esta es unapregunta sencilla de responder. Nospodemos ubicar fácilmente observando losobjetos que nos rodean, lo cual nos da una ciertaposición en relación a los mismos. Pero,¿qué sucede cuando no hay objetos anuestro alrededor? ¿Y qué ocurre si nosencontramos en medio del desierto o delocéano? Durante muchos siglos, este

problema fue resuelto empleando al Sol ylas estrellas para navegar. Asimismo, entierra, los topógrafos y los exploradoresutilizaban puntos conocidos hacia loscuales hacían referencia para susmediciones o para encontrar su camino.

Estos métodos cumplían su cometidodentro de ciertos límites, pues el Sol y lasestrellas no pueden ser observadoscuando el cielo está nublado. Además, aúnefectuando las mediciones lo más precisasposibles, la posición no podía serdeterminada en forma muy exacta.Después de la Segunda Guerra Mundial,se hizo necesario que el Departamento deDefensa de los Estados Unidos de Norte-américa encontrara una solución al problemade determinar una posición absoluta y exacta.Durante los siguientes 25 años, se llevaron acabo muy diversos proyectos y experimentoscon este fin, entre los que se cuentan lossistemas Transit, Timation, Loran, Deccaetc. Todos ellos permitían determinarposiciones, pero continuaban siendo muylimitados en precisión y funcionalidad.

A principios de los años 70 se propuso unnuevo proyecto - el GPS. Este conceptoprometía satisfacer todos los requerimientosdel gobierno de los Estados Unidos, princi-palmente el poder determinar (en cualquiermomento y bajo cualquier condiciónatmosférica), una posición precisa encualquier punto de la superficie terrestre.

El GPS es un sistema basado en satélitesartificiales, dispuestos en un constelaciónde 24 de ellos, para brindar al usuario unaposición precisa. En este punto esimportante definir el término "precisión".Para un excursionista o un soldado que seencuentre en el desierto, la precisiónsignifica más o menos 15 m. Para un barcoen aguas costeras, la precisión significa5m. Para un topógrafo, la precisiónsignifica 1cm o menos. El GPS se puedeemplear para obtener todos estos rangosde precisión, la diferencia radicará en eltipo de receptor a emplear y en la técnicaaplicada.

El GPS fue diseñado originalmente paraemplearse con fines militares, en cualquiermomento y sobre cualquier punto de lasuperficie terrestre. Poco tiempo despuésde presentarse las propuestas originalesde este sistema, resultaba claro que elGPS también podía ser utilizado enaplicaciones civiles y no únicamente paraobtener el posicionamiento personal (comoera previsto para los fines militares). Lasdos primeras aplicaciones principales detipo civil fueron aquellas para navegación ytopografía. Hoy en día, el rango deaplicaciones va desde la navegación deautomóviles o la administración de unaflotilla de camiones, hasta laautomatización de maquinaria deconstrucción.

¿Qué es el GPS y qué hace?

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6 GPS Basics -1.0.0esDescripción del Sistema

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2. Descripción del SistemaEl sistema GPS comprende-tressegmentos diferentes:

• El segmento Espacial - satélites quegiran en órbitas alrededor de la Tierra.

• El segmento de Control - formado porestaciones ubicadas cerca del ecuadorterrestre para controlar a los satélites.

• El segmento de Usuarios - Cualquieraque reciba y utilice las señales GPS.

2.1 El segmento Espacial

El segmento Espacial consiste de 24satélites que giran en órbitas ubicadasaproximadamente a 20,200km cada 12horas. Al momento de escribir este libro,existen 26 satélites operativos que giranalrededor de la Tierra.

Constelación de satélites GPS

El segmento espacial está diseñado detal forma que se pueda contar con unmínimo de 4 satélites visibles por encimade un ángulo de elevación de 15º encualquier punto de la superficie terrestre,durante las 24 horas del día. Para lamayoría de las aplicaciones, el número

mínimo de satélites visibles deberá serde cuatro. La experiencia ha demostradoque la mayor parte del tiempo hay por lomenos 5 satélites visibles por encima delos 15º, y muy a menudo hay 6 o 7satélites visibles.

Satélite GPS

Cada satélite GPS lleva a bordo variosrelojes atómicos muy precisos. Estosrelojes operan en una frecuencia defundamental de 10.23MHz, la cual seemplea para generar las señalestransmitidas por el satélite.


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Los satélites transmiten constantementeen dos ondas portadoras. Estas ondasportadoras se encuentran en la banda L(utilizada para transmisiones de radio) yviajan a la Tierra a la velocidad de la luz.Dichas ondas portadoras se derivan dela frecuencia fundamental, generada porun reloj atómico muy preciso

• La portadora L1 es transmitida a1575.42 MHz (10.23 x 154)

• La portadora L2 es transmitida a1227.60 MHz (10.23 x 120).

La portadora L1 es modulada por doscódigos. El Código C/A o Código deAdquisición Gruesa modula a 1.023MHz(10.23/10) y el código P o Código dePrecisión modula a 10.23MHz. L2 esmodulada por un código solamente. Elcódigo P en L2 modula a 10.23 MHz.

Los receptores GPS utilizan losdiferentes códigos para distinguir lossatélites. Los códigos también puedenser empleados como base para realizarlas mediciones de seudodistancia y apartir de ahí, calcular una posición.

Estructura de la señal GPS

FrecuenciaFundamental

10.23 Mhz

L11575.42 Mhz

Código C/A1.023 Mhz

Código P10.23 Mhz

L21227.60 Mhz

Código P10.32 Mhz

÷10

×154

×120

8 GPS Basics -1.0.0esDescripción del Sistema

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2.2 El Segmento de Control

El segmento de control consiste de unaestación de control maestro, 5estaciones de observación y 4 antenasde tierra distribuidas entre 5 puntos muycercanos al ecuador terrestre.

El segmento de Control rastrea lossatélites GPS, actualiza su posiciónorbital y calibra y sincroniza sus relojes.

Otra función importante consiste endeterminar la órbita de cada satélite ypredecir su trayectoria para lassiguientes 24 horas. Esta información escargada a cada satélite y posteriormentetransmitida desde allí. Esto permite alreceptor GPS conocer la ubicación decada satélite.

Las señales de los satélites son leídasdesde las estaciones: Ascensión, DiegoGarcía y Kwajalein. Estas medicionesson entonces enviadas a la Estación deControl Maestro en Colorado Springs,donde son procesadas para determinarcualquier error en cada satélite. Lainformación es enviada posteriormente alas cuatro estaciones de observaciónequipadas con antenas de tierra y de allícargada a los satélites.

H a w a i i

C o l o r a d o S p r i n g s

A s c e n s i o n D i e g o G a r c i a

K w a j a l e i n

Localización de la estaciones delsegmento Control


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2.3 El Segmento de Usuarios

El segmento de Usuarios comprende acualquiera que reciba las señales GPScon un receptor, determinando suposición y/o la hora. Algunasaplicaciones típicas dentro del segmentoUsuarios son: la navegación en tierrapara excursionistas, ubicación devehículos, topografía, navegaciónmarítima y aérea, control de maquinaria,etc.

10 GPS Basics -1.0.0esCómo funciona el GPS

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3. Cómo funciona el GPSExisten diferentes métodos para obteneruna posición empleando el GPS. Elmétodo a utilizar depende de la precisiónrequerida por el usuario y el tipo dereceptor disponible. En un sentido ampliode la palabra, estas técnicas pueden serclasificadas básicamente en tres clases:

Navegación Autónoma empleando sólo un receptor simple. Utilizado porexcursionistas, barcos en alta mar y las fuerzas armadas. La Precisión de laPosición es mejor que 100m para usuarios civiles y alrededor de 20m parausuarios militares.

Posicionamiento Diferencial Corregido. Más comúnmenteconocido como DGPS, el cual proporciona precisiones delorden de 0.5-5m. Utilizado para navegación costera,adquisición de datos para SIG (Sistemas de InformaciónGeográfica GIS), agricultura automatizada, etc.

Posicionamiento Diferencial de Fase. Ofrece una precisiónde 0.5-20mm. Utilizado para diversos trabajos de topografía,control de maquinaria, etc.

11GPS Basics -1.0.0es Cómo funciona el GPS

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3.1 Navegación Autónoma

Esta es la técnica más sencilla empleadapor los receptores GPS para proporcionarinstantáneamente al usuario, la posicióny altura y/o tiempo. La precisión obtenidaes mejor que 100m (por lo general entre30 y 40m) para usuarios civiles y 5-15mpara usuarios militares. Las diferenciasentre las precisiones civiles y militares esexplicada más adelante en esta sección.Los receptores utilizados para este tipo deaplicación, son por lo general unidadespequeñas, portátiles y de bajo costo.

Receptor GPS portátil

3.1.1 Medición de la distancia a los satélites

Todas las posiciones GPS están basadas en la medición de la distancia desde lossatélites hasta el receptor GPS en Tierra. Esta distancia hacia cada satélite puede serdeterminada por el receptor GPS. La idea básica es la de una intersección inversa, lacual es utilizada por los topógrafos en su trabajo diario. Si se conoce la distanciahacia tres puntos en relación a una posición, entonces se puede determinar laposición relativa a esos tres puntos. A partir de la distancia hacia un satélite,sabemos que la posición del receptor debe estar en algún punto sobre la superficiede una esfera imaginaria cuyo origen es el satélite mismo. La posición del receptor sepodrá determinar al intersectar tres esferas imaginarias.

Intersección de tres esferas imaginarias


4 El problema con el GPS es que sólo sepueden determinar las seudodistancias yel tiempo al momento que llegan lasseñales al receptor.

De este modo existen cuatro incógnitas adeterminar: posición (X, Y, Z) y el tiempoque tarda en viajar la señal. Observandoa cuatro satélites se generan cuatroecuaciones que se cancelan.

Se requieren por lo menos 4 satélites para obtener laposición y el tiempo en 3 dimensiones


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3.1.2 Cálculo de la distancia al satélite

Cálculo del Tiempo

La señal del satélite es modulada por dos códigos, el Código C/A y el CódigoP (véase la sección 2.1). El código C/A está basado en el tiempo marcadopor un reloj atómico de alta precisión. El receptor cuenta también con unreloj que se utiliza para generar un código C/A coincidente con el del satélite.De esta forma, el receptor GPS puede "hacer coincidir" o correlacionar elcódigo que recibe del satélite con el generado por el receptor.

El código C/A es un código digital que es 'seudo aleatorio', o que aparentaser aleatorio. En realidad no lo es, sino que se repite mil veces por segundo.

De esta forma es como se calcula el tiempo que tarda en viajar la señal deradio desde el satélite hasta el receptor GPS.

Para calcular la distancia a cada satélite,se utiliza una de las leyes del movimiento

Distancia = Velocidad x Tiempo

Por ejemplo, es posible calcular ladistancia que un tren ha viajado si seconoce la velocidad de desplazamiento yel tiempo que ha venido desplazándosea esa velocidad.

El GPS requiere que el receptor calculela distancia del receptor al satélite.

La Velocidad es la velocidad de lasseñales de radio. Las señales de radioviajan a la velocidad de la luz, a 290 000Km por segundo (186 000 millas porsegundo).

El tiempo es aquel que le toma a unaseñal de radio en viajar desde el satéliteal receptor GPS. Esto es un poco difícilde calcular, ya que se necesita conocerel momento en que la señal de radiosalió del satélite y el momento en quellegó al receptor.

Señal delReceptor

Señal delSatélite

Tiempo quetarda la señalen llegar alreceptor


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Ionosfera

3.1.3 Fuentes de Error

Hasta este momento, hemos asumidoque la posición obtenida del GPS es muyprecisa y libre de errores, pero existendiferentes fuentes de error que degradanla posición GPS desde algunos metros,en teoría, hasta algunas decenas demetros. Estas fuentes de error son:

1. Retrasos ionosféricos yatmosféricos

2. Errores en el reloj del Satélite ydel Receptor

3. Efecto Multitrayectoria

4. Dilución de la Precisión

5. Disponibilidad Selectiva (S/A)

6. Anti Spoofing (A-S)

1. Retrasos ionosféricos y atmosféricos

Al pasar la señal del satélite a través dela ionosfera, su velocidad puededisminuir, este efecto es similar a larefracción producida al atravesar la luzun bloque de vidrio. Estos retrasosatmosféricos pueden introducir un erroren el cálculo de la distancia, ya que lavelocidad de la señal se ve afectada. (La

luz sólo tiene una velocidad constante enel vacío).

La ionosfera no introduce un retrasoconstante en la señal. Existen diversosfactores que influyen en el retrasoproducido por la ionosfera.


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a. Elevación del satélite. Las señalesde satélites que se encuentran en unángulo de elevación bajo se verán másafectadas que las señales de satélitesque se encuentran en un ángulo deelevación mayor. Esto es debido a lamayor distancia que la señal tiene queviajar a través de la atmósfera.

b. La densidad de la ionosfera estáafectada por el Sol. Durante la noche,la influencia ionosférica es mínima.

Durante el día, el efecto de la ionosferase incrementa y disminuye la velocidadde la señal. La densidad de la ionosferavaría con los ciclos solares (actividad delas manchas solares).

La actividad de las manchas solares llegaa su máximo cada 11 años. Al momentode escribir este texto, el siguiente pico

máximo ocurrirácerca del año 2000.

Además de esto, lasllamaradas solarespueden ocurrir demanera aleatoria, locual también tieneun efecto sobre laionosfera.

Los errores debidosa la ionosferapueden sermitigadosempleando uno dedos métodos:

- El primer métodosupone la toma de

un promedio del efecto de la reducciónde la velocidad de la luz causada por laionosfera. Este factor de corrección

puede ser entonces aplicado a una seriede cálculos. Sin embargo, esto dependede un promedio y obviamente estacondición promedio no ocurre todo eltiempo. Por lo tanto, este método no esla solución óptima para la Mitigación delError Ionosférico.

- El segundo método supone el empleode los receptores de "doble frecuencia".Tales receptores miden las frecuenciasL1 y L2 de la señal GPS. Es sabido quecuando una señal de radio viaja a travésde la ionosfera, ésta reduce su velocidaden una relación inversamenteproporcional a su frecuencia. Por lotanto, si se comparan los tiempos dearribo de las dos señales, se puedeestimar el retraso con precisión. Nóteseque esto es posible únicamente conreceptores GPS de doble frecuencia. Lamayoría de receptores fabricados para lanavegación son de una frecuencia.

c. El Vapor de agua también afecta laseñal GPS. El vapor de agua contenidoen la atmósfera también puede afectarlas señales GPS. Este efecto, el cualpuede resultar en una degradación de laposición, puede ser reducido utilizandomodelos atmosféricos.

Satélite con ángulo de

elevación alto

Satélite con ángulo de

elevación bajo

D1

D2

Ionosfera


4 2. Errores en los relojes de los satélites ydel receptor

Aunque los relojes en los satélites sonmuy precisos (cerca de 3nanosegundos), algunas vecespresentan una pequeña variación en lavelocidad de marcha y producenpequeños errores, afectando la exactitudde la posición. El Departamento deDefensa de los Estados Unidos, observapermanentemente los relojes de lossatélites mediante el segmento decontrol (ver la sección 2.2) y puedecorregir cualquier deriva que puedaencontrar.

3. Errores de Multitrayectoria

El error de multitrayectoria sepresenta cuando el receptor estáubicado cerca de una gran superficiereflectora, tal como un lago o unedificio. La señal del satélite no viajadirectamente a la antena, sino quellega primero al objeto cercano yluego es reflejada a la antena,provocando una medición falsa.

Este tipo de errores pueden serreducidos utilizando antenas GPSespeciales que incorporan un planode tierra (un disco circular metálicode aproximadamente 50cm dediámetro), el cual evita que lasseñales con poca elevación lleguena la antena.

Para obtener la más alta exactitud, la soluciónpreferida es la antena de bobina anular(choke ring antenna). Una antena de bobinaanular tiene 4 o cinco anillos concéntricosalrededor de la antena que atrapan cualquierseñal indirecta.

El efecto multitrayectoria afecta únicamente alas mediciones topográficas de alta precisión.Los receptores de navegación manuales noutilizan estas técnicas.

Antena Choke-Ring


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4. Dilución de la Precisión

La Dilución de la Precisión (DOP) es unamedida de la fortaleza de la geometríade los satélites y está relacionada con ladistancia entre los estos y su posición enel cielo. El DOP puede incrementar elefecto del error en la medición dedistancia a los satélites.

Este principio puede ser ilustradomediante los siguientes diagramas:

Satélites con buena distribución - pocaincertidumbre en su posición

La distancia hacia los satélites se veafectada por los errores en la distanciapreviamente descritos. Cuando lossatélites están bien distribuidos, laposición se puede determinar dentro delárea sombreada del diagrama y elmargen de error posible es mínimo.

Cuando los satélites están muy cercaunos de otros, el área sombreadaaumenta su tamaño, incrementandotambién la incertidumbre en la posición.

Dependiendo de la dimensión , sepueden calcular diferentes tipos deDilución de la Precisión.

VDOP – Dilución Vertical de la Precisión.Proporciona la degradación de laexactitud en la dirección vertical.

HDOP – Dilución Horizontal de laPrecisión. Proporciona la degradación dela exactitud en la dirección horizontal.

PDOP – Dilución de la Precisión enPosición. Proporciona la degradación dela exactitud en posición 3D.

GDOP – Dilución de la PrecisiónGeométrica. Proporciona la degradación dela exactitud en posición 3D y en tiempo.

El valor DOP más útil a conocer es elGDOP, ya que es una combinación detodos los factores. Sin embargo, algunosreceptores calculan el PDOP o HDOP,valores que no toman en consideraciónal componente de tiempo.

La mejor manera de minimizar el efectodel GDOP es observar tantos satélitescomo sean posibles. Recuerde, sinembargo, que las señales de satélitescon poca elevación generalmente tienenuna gran influencia de las fuentes deerror.

Como regla general, cuando se utilice elGPS para topografía, lo mejor esobservar satélites con un ángulo deelevación de 15º sobre el horizonte. Lasposiciones más precisas seráncalculadas por lo general cuando elGDOP tiene un valor bajo, usualmentemenor que 8.

Satélites con mala distribución - altaincertidumbre en su posición


4 5. Disponibilidad Selectiva (S/A)

La Disponibilidad Selectiva es unproceso aplicado por el Departamento deDefensa de los Estados Unidos a laseñal GPS. Lo anterior tiene comofinalidad denegar, tanto a usuarios civilescomo a las potencias hostiles, el accesoa toda la precisión que brinda el GPS,sometiendo a los relojes del satélite a unproceso conocido como "dithering"(dispersión), el cual altera el tiempoligeramente. Además, las efemérides (ola trayectoria que el satélite seguirá), sontransmitidas ligeramente alteradasrespecto a las verdaderas. El resultadofinal es una degradación en la precisiónde la posición.

Vale la pena hacer notar que el S/Aafecta a los usuarios civiles que utilizanun solo receptor GPS para obtener unaposición autónoma. Los usuarios desistemas diferenciales no se venafectados de manera significativa poreste efecto.

Actualmente, está planeado desactivar elefecto S/A a más tardar en el año 2006.

6. Anti-Spoofing (A-S)

El efecto Anti-Spoofing es similar al efectoS/A, ya que ha sido concebido con la ideade no permitir que los usuarios civiles y lasfuerzas hostiles tengan acceso al código Pde la señal GPS, obligándolos a emplearel código C/A, al cual se aplica el efectoS/A. El efecto Anti-spoofing encripta elcódigo P en una señal conocida comocódigo Y. Sólo los usuarios conreceptores GPS militares (EEUU y susaliados) pueden descifrar el código Y.

3.1.4 ¿Por qué son más precisos losreceptores militares?

Los receptores militares son más precisosporque no utilizan el código C/A paracalcular el tiempo que tarda en llegar laseñal desde el satélite al receptor GPS.Únicamente emplean el código P.

El código P modula a la portadora conuna frecuencia de 10.23 Hz., mientrasque el código C/A lo hace a 1.023 Hz.Las distancias se pueden calcular conmayor precisión empleando el código P,ya que este se transmite 10 veces máspor segundo que el código C/A.

Sin embargo, como se describió en lasección anterior, muy a menudo elcódigo P se ve afectado por el Anti-Spoofing (A/S). Esto significa que,únicamente las fuerzas militares(equipadas con receptores GPSespeciales), pueden descifrar el código Pencriptado, también conocido comocódigo Y.

Por todas estas razones, los usuarios dereceptores GPS militares generalmenteobtendrán precisiones del orden de 5metros, mientras que los usuarios deequipos GPS civiles equivalentesúnicamente alcanzarán precisiones de15 a 100 metros.Receptor GPS militar portátil

(cortesía de Rockwell)


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3.2 Posicionamiento Diferencial (DGPS)

Muchos de los errores que afectan lamedición de distancia a los satélites,pueden ser completamente eliminados oreducidos significativamente utilizandotécnicas de medición diferenciales.

La técnica DGPS permite a los usuariosciviles incrementar la precisión de laposición de 100m a 2-3m o menos,haciéndolo más útil para muchasaplicaciones civiles.

Estación de referencia DGPS transmitiendo a los usuarios


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3.2.1 El Receptor de Referencia

La antena del receptor de referencia esmontada en un punto medidopreviamente con coordenadasconocidas. Al receptor que se coloca eneste punto se le conoce como Receptorde Referencia o Estación Base.

Se enciende el receptor y comienza arastrear satélites. Puede calcular unaposición autónoma utilizando las técnicasdescritas en la sección 3.1.

Debido a que el receptor se encuentra enun punto conocido, el receptor de lareferencia puede estimar en forma muyprecisa la distancia a cada uno de lossatélites.

De esta forma, este receptor puedecalcular muy fácilmente cual es ladiferencia entre la posición calculada y laposición medida. Estas diferencias sonconocidas como correcciones.

Generalmente, el receptor de lareferencia está conectado a un radioenlace de datos, el cual se utiliza paratransmitir las correcciones.

3.2.2 El Receptor Móvil

El receptor móvil está al otro lado deestas correcciones. El receptor móvilcuenta con un radio enlace de datosconectado para recibir las correccionestransmitidas por el receptor dereferencia.

El receptor móvil también calcula lasdistancias hacia los satélites tal como sedescribe en la sección 3.1. Luego aplicalas correcciones de distancia recibidasde la Referencia. Esto le permite calcularuna posición mucho más precisa de loque sería posible si se utilizaran lasdistancias no corregidas.

Utilizando esta técnica, todas las fuentesde error descritas en la sección 3.1.4 sonminimizadas, de aquí que se obtiene unposición más precisa.

Cabe mencionar que múltiplesreceptores móviles pueden recibircorrecciones de una sola Referencia.

3.2.3 Detalles adicionales

En las secciones anteriores se haexplicado la técnica DGPS en forma muygeneral. Sin embargo, ya en la prácticaresulta un poco más compleja.

Hay que tener en consideración el radioenlace. Existen muchos tipos de radioenlaces que pueden transmitir endiferentes rangos de frecuencias ydistancias. El desempeño del radioenlace dependerá de varios factores,incluyendo:

• La frecuencia del radio

• La potencia del radio

• El tipo y la "ganancia" de la antenade radio

• La posición de la antena

Se han establecido redes de receptoresGPS y poderosos transmisores de radio,para transmitir en una frecuencia deseguridad "marítima solamente". Estosson conocidos como "radio faros"(Beacon Transmitters). Los usuarios deeste servicio (mayormente barcosnavegando cerca de la costa), solonecesitan adquirir un receptor móvil quepueda recibir la señal del Radio Faro.


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Tales sistemas han sido instalados a lolargo de las costas de muchos países.

Otros dispositivos, tales como teléfonoscelulares (o móviles), pueden serutilizados para la transmisión de datos.

Además de los sistemas de Radio Faros,también existen otros sistemas queproveen cobertura sobre extensas áreasy que son operados por compañíascomerciales privadas. Existen tambiénpropuestas para sistemas de propiedaddel gobierno, tales como el sistemabasado en satélites de la AutoridadFederal de Aviación (FAA) de losEstados Unidos, se trata del WAAS(Wide Area Augmentation System), elSistema de la Agencia Espacial Europea(ESA) y el sistema propuesto por elgobierno japonés.

Existe un formato estándar para latransmisión de datos GPS. Se denominael formato RTCM (por sus siglas eninglés Radio Technical CommissionMaritime Services), una organización sinfines de lucro auspiciada por la industria.Este formato se usa en forma comúnalrededor de todo el mundo.


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Código C/A

Portadora modulada

con Código P

Código P

3.3 GPS Diferencial de Fase yResolución de Ambigüedades

El GPS Diferencial de Fase es utilizadoprincipalmente en la topografía y trabajosrelacionados para alcanzar precisiones enposición del orden de 5-50mm. (0.25-2.5in.). La técnica utilizada difiere de todaslas descritas previamente e involucra unintenso análisis estadístico.

Como técnica diferencial significa que unmínimo de dos receptores GPS deben sersiempre utilizados en forma simultánea.Esta es una de las similitudes con elmétodo de Corrección Diferencial deCódigo descrita en la sección 3.2

El receptor de Referencia está siempreubicado en un punto fijo o decoordenadas conocidas. El otro (o losotros) receptores están libres paramoverse alrededor. Estos son conocidoscomo receptores móviles. Se calcula,entonces, la(s) línea(s) base entre laReferencia y los móviles.

La técnica básica es igual a las descritaspreviamente, - es decir la medición dedistancias a cuatro satélites y ladeterminación de la posición a partir deesas distancias.

La diferencia radica en la forma en que secalculan esas distancias.

3.3.1 Fase Portadora, códigos C/A y P

En este punto, es importante definir los diversos componentes de la señal GPS.

Fase Portadora. Es la onda sinusoidal de la señal de L1 o L2 creada por el satélite. Laportadora L1 es generada a 1575.42 MHz, la portadora de L2 a 1227.6 MHz.

Código C/A. Es el Código de Adquisición Gruesa. Modula la portadora L1 a 1.023 MHz.

Código P. El código preciso. Modula a las portadoras L1 y L2 a 10.23 MHz.

Consulte el diagrama de la sección 2.1.

¿Qué significa modulación?

Las ondas portadoras están diseñadas para llevar los códigos binarios C/A y P en unproceso conocido como modulación. Modulación significa que los códigos estánsuperpuestos sobre la onda portadora. Los códigos son códigos binarios. Esto significaque sólo pueden tener dos valores -1 y +1. Cada vez que el valor cambia, hay uncambio en la fase de la portadora.

Modulación de la Portadora


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3.3.2 ¿Por qué utilizar la Fase Portadora?

Se utiliza la fase portadora porque estapuede proporcionar una medida hacia elsatélite mucho más precisa que la que seconsigue utilizando el código C/A o elcódigo P. La onda portadora de L1 tieneuna longitud de 19.4cm. Si se pudieramedir el número de longitudes de onda(completas y fraccionarias) que existenentre el satélite y el receptor, seobtendría una distancia muy precisa alsatélite.

3.3.3 Diferencias Dobles

La gran parte del error en el que seincurre cuando se realiza una mediciónautónoma, es producido por lasimperfecciones en los relojes del satélitey el receptor. Una manera de evitar esteerror es utilizar una técnica conocidacomo Diferencia Doble.

Si dos receptores GPS realizanmediciones a dos satélites diferentes, lasdiferencias de tiempo entre losreceptores y los satélites se cancelan,eliminando cualquier fuente de error quepudieran introducir a la ecuación.

Diferencias Dobles


4

3.3.4 Ambigüedades y Resolución de Ambigüedades

1.

2.

Una medicióndiferencial usandocódigo, permiteobtener una posiciónaproximada. Lasolución precisadebe estar dentrodel círculo.

Los frentes de ondade un satélite al serintersectados con elcírculo, forman unconjunto de líneas.

La solución precisadebe ser un puntoque está en una deestas líneas.

Continuación...

Después de eliminar los errores del relojcon el método de las dobles diferencias,se puede determinar el número entero delongitudes de onda más la fracción delongitud de onda entre el satélite y laantena del receptor. El problema radicaen la existencia de muchos "juegos"posibles de longitudes de onda enteraspara cada satélite, de aquí que lasolución sea ambigua. Medianteprocesos estadísticos se puede resolveresta ambigüedad y determinar lasolución más probable.

La siguiente es, a grandes rasgos, unaexplicación de cómo funciona el procesode resolución de ambigüedades. Muchosfactores que complican la situación noson cubiertos en esta explicación, peroaún así, se presentan los principiosbásicos del mismo.


4

5

6

3.

4.

5.

6.

Cuando se recibenseñales de unsegundo satélite, unsegundo juego defrentes de onda olíneas de fase escreado. La soluciónprecisa será unpunto deintersección entrelos dos juegos delíneas.

Añadiendo un tercersatélite, se reduce elnúmero deposibilidades, yaque el puntosolución debepertenecer alconjunto formadopor la intersecciónde los tres juegos delíneas.

Añadiendo uncuarto satélite, elconjunto deposiblessolucionescontendrá unnúmero menor deelementos

Al ir cambiando laposición de laconstelación desatélites, elconjunto de lassoluciones tiendea girar, revelandola solución másprobable.

26 GPS Basics -1.0.0esAspectos Geodésicos

4. Aspectos GeodésicosDesde que el GPS se convirtió en un instrumento, cada vezmás popular, para la topografía y la navegación, los topógrafosy navegantes se ven en la necesidad de comprender losfundamentos de cómo las posiciones GPS están relacionadascon los sistemas cartográficos comunes.

Una de las causas más comunes de errores en loslevantamientos con GPS resulta de una comprensión incorrectade estas relaciones.

27GPS Basics -1.0.0es Aspectos Geodésicos

4.1 Introducción

La determinación de una posición conGPS consigue un objetivo fundamentalde la Geodesia: la determinaciónabsoluta de una posición con precisiónuniforme en todos los puntos sobre lasuperficie de La Tierra. Utilizando lageodesia clásica y técnicas topográficas,la determinación de la posición essiempre relativa a los puntos de partidadel levantamiento, la precisión obtenidaes dependiente de la distancia a estepunto. Por lo tanto, el GPS ofreceventajas sobre las técnicasconvencionales.

La ciencia de la geodesia es fundamentalpara el GPS y, a la inversa, el GPS se haconvertido en la herramienta principal dela geodesia. Esto se hace evidente sirecordamos los objetivos de la Geodesia:

1. Establecer y mantener las redes decontrol geodésico tridimensionalesnacionales y globales en tierra, tomandoen cuenta la naturaleza cambiante deestas redes debido al movimiento de lasplacas tectónicas.

2. Medición y representación defenómenos geofísicos (movimiento de lospolos, mareas terrestres y movimiento dela corteza).

3. Determinación del campo gravitacionalde La Tierra, incluyendo las variacionestemporales.

Aunque la mayoría de usuarios nuncallevan a cabo las tareas mencionadas, esesencial que los usuarios de equipo GPStengan un conocimiento general de lageodesia.


4.2. Sistema de Coordenadas GPS

Aunque la Tierra parezca ser una esferauniforme cuando se la observa desde elespacio, su superficie dista mucho de seruniforme. Debido al hecho de que el GPSdebe proporcionar coordenadas encualquier lugar de la superficie terrestre,este utiliza un sistema de coordenadasgeodésico basado en un elipsoide. Unelipsoide (también conocido comoesferoide) es una esfera aplanada oachatada.

El elipsoide elegido será aquel que seajuste más exactamente a la forma de laTierra. Este elipsoide no tiene unasuperficie física, sino que es unasuperficie definida matemáticamente.

Actualmente existen diversos elipsoideso lo que es lo mismo, diferentesdefiniciones matemáticas de la superficiede la Tierra, tal como lo discutiremosmás adelante. El elipsoide utilizado por elGPS es conocido como WGS84 oSistema Geodésico Mundial 1984 (porsus siglas en inglés World GeodeticSystem 1984).

Un punto sobre la superficie de La Tierra(nótese que esta no es la superficie delelipsoide), puede ser definido utilizandosu Latitud, su Longitud y su AlturaElipsoidal.

Un método alternativo para definir laposición de un punto es utilizando elsistema de Coordenadas Cartesiano,empleando las distancias sobre los ejesX, Y y Z desde el origen o centro delesferoide. Este es el método básico queemplea el GPS para definir la posición deun punto en el espacio.

Elipsoide

P

0

X

Y

Z

DY

DZ

DX

Superficie

terrestre

Altura

Latitud

Longitud

Definición del punto P mediantecoordenadas Geodésicas y Cartesianas


4.3 Sistemas de Coordenadas Locales

De la misma manera que con lascoordenadas GPS, las coordenadaslocales o lo que es lo mismo lascoordenadas utilizadas en la cartografíade un país en particular, están basadasen un elipsoide local, diseñado paracoincidir con el geoide (ver sección 4.4)del área. Usualmente, estas coordenadasserán proyectadas sobre la superficie deun plano para proporcionar coordenadasde cuadrícula (ver sección 4.5)

Los elipsoides utilizados en la mayoríade los sistemas de coordenadas localesalrededor del mundo fueron definidos porprimera vez hace muchos años, antes dela aparición de las técnicas espaciales.Estos elipsoides tienden a acomodarselo mejor posible al área de interés, perono podrían ser utilizados en otras zonasde la Tierra. De aquí que cada paísdefinió un sistema cartográfico/ marco dereferencia basado en un elipsoide local.

Elipsoide WGS84Superficie terrestre(topográfica)

Elipsoide Local

Relación entre los elipsoides y lasuperficie terrestre

Cuando se utiliza GPS, las coordenadasde las posiciones calculadas estánbasadas en el elipsoide WGS84.Generalmente, las coordenadasexistentes están en el sistema decoordenadas locales, por lo que lascoordenadas GPS deben sertransformadas a este sistema local.


PH

Nh

4.4 El problema de la Altura

La naturaleza del sistema GPS tambiénafecta la medición de la altura.

Todas las alturas medidas con GPSestán dadas en relación a la superficiedel elipsoide WGS84. Estas sonconocidas como Alturas Elipsoidales.

Las alturas existentes son alturasortométricas medidas en relación al nivelmedio del mar.

El nivel medio del mar corresponde auna superficie conocida como geoide. ElGeoide puede ser definido como unasuperficie equipotencial, lo que significaque la fuerza de la gravedad es constanteen cualquier punto sobre el geoide.

El geoide tiene una forma irregular y nocorresponde a ningún elipsoide. Ladensidad de La Tierra tiene, sinembargo, un efecto sobre el geoide,provocando que éste se eleve en lasregiones más densas y caiga en lasregiones menos densas.

La relación entre el geoide, el elipsoide yla superficie de la Tierra, se muestra enla siguiente ilustración.

Debido a que la mayoría de los mapas existentes muestran lasalturas ortométricas (relativas al geoide), la mayoría deusuarios de GPS requieren que las alturas sean tambiénortométricas.

Este problema es resuelto mediante el uso de modelosgeoidales para convertir las alturas elipsoidales en alturasortométricas. En áreas relativamente planas, el geoide puedeser considerado como constante. En tales áreas, el empleo deciertas técnicas de transformación puede crear un modelo dealturas y las alturas geoidales pueden ser interpoladas a partirde los datos existentes.

Sup.topográficaElipsoideGeoide

h = H+N

dondeh = Altura ElipsoidalH = Altura OrtométricaN = Ondulación Geoidal

Relationship between Orthometric andEllipsoidal height


4.5 Transformaciones

El propósito de estas es el detransformar coordenadas de un sistemaa otro.

Se han propuesto diferentes métodospara llevar a cabo las transformaciones.La elección de alguno de ellosdependerá de los resultados requeridos.

El procedimiento básico de campo parala determinación de los parámetros detransformación es el mismo,independientemente del método aemplear.

Primero, se debe contar concoordenadas en ambos sistemas decoordenadas (por ejemplo en WGS84 yen el sistema local) para tener por lomenos tres (de preferencia cuatro)puntos comunes. A mayor cantidad depuntos comunes incluidos en latransformación, se tendrá mayoroportunidad de tener redundancia y sepodrán verificar los errores.

Se consiguen puntos comunes midiendolos puntos con GPS, donde lascoordenadas y las alturas ortométricassean conocidas en el sistema local. (Porejemplo, en los puntos de controlexistentes).

De esta forma se pueden calcular losparámetros de transformación, utilizandoalguno de los métodos detransformación.

Es importante notar que latransformación sólo se deberá aplicar alos puntos que se encuentren en el áreadelimitada por los puntos comunes enambos sistemas Los puntos fuera deesta área no deberán ser transformadosutilizando los parámetros calculados,sino que deberán formar parte de unanueva área de transformación.

Transformaciones aplicadas en un área depuntos comunes


Helmert Transformations

La transformación de 7 parámetros deHelmert ofrece una transformaciónmatemáticamente correcta. Estatransformación conserva la precisión delas mediciones GPS y las coordenadaslocales.

La experiencia ha demostrado quecomúnmente, los levantamientos conGPS son medidos con un nivel deprecisión mucho más alto que losantiguos levantamientos efectuados coninstrumentos ópticos tradicionales.

En la gran mayoría de casos, los puntosmedidos previamente no serán tanprecisos como los puntos medidos conGPS., lo cual puede provocar una faltade homogeneidad en la red.

Al transformar un punto entre diferentessistemas de coordenadas, lo mejor estener en cuenta que lo que cambia es elorigen desde el cual se derivan lascoordenadas y no la superficie sobre lacual se apoyan.

Para transformar una coordenada de unsistema a otro, los orígenes y ejes delelipsoide deben ser conocidos uno con

relación al otro. Con esta información, el desplazamiento en el espacio de X, Y y Zdesde un origen hasta el otro, puede ser determinado, seguido de una rotaciónalrededor de los ejes X, Y y Z y cualquier cambio en la escala entre los doselipsoides.

XS

YS

ZS

XL

YL

ZL

wY

wZ

wX

P

T

PS

PL

PS

PL

T

wX, wY, wZ

ElipsoideLocal

ElipsoideWGS84= Posición en WGS84

= Posición en el Sistema Local= Vector resultante del desplazamiento del origen en X, Y y Z

= Ángulos de rotación

Transformación de 7 parámetros de Helmert


razonablemente constante.

Tanto el método de Interpolación como elde Un Paso deben estar limitados a unárea de más o menos 15km x 15km (10 x10 millas).

Una combinación de los métodos detransformación de Helmert eInterpolación se puede encontrar en elmétodo "Stepwise ". Este método empleauna transformación de Helmert 2D paraobtener la posición y una interpolaciónde alturas para obtener las alturas. Estemétodo requiere del conocimiento delelipsoide local y de la proyección.

Otros métodos de transformación

Mientras que el método de transformaciónde Helmert es matemáticamente correcto,no toma en cuenta las irregularidades enel sistema de coordenadas locales, y paraobtener valores precisos de altura, debeconocerse el valor de la ondulación geoidal.

Debido a esto, Leica también pone adisposición en sus equipos y programastoda una serie de métodos detransformación.

El llamado Método de Interpolación nose basa en el conocimiento del elipsoidelocal ni de la proyección.

Las inconsistencias en las coordenadaslocales se tratan estirando o encogiendolas coordenadas GPS para poder encajarde manera homogénea en el sistema local.Además, si se tiene disponible suficienteinformación altimétrica, se puedeconstruir un modelo de alturas. De estamanera se compensa la falta deinformación de ondulación geoidal,siempre y cuando se cuente consuficientes puntos de control.

Un método alterno al de Interpolación esel llamado de Un paso , el cual trabajatambién con las transformaciones de

altura y posición en forma separada.Para transformar la posición, lascoordenadas WGS84 se llevan a unaproyección Transversa de Mercatortemporal. De esta forma, se calculan losgiros, desplaza-mientos y el factor deescala de la proyección "temporal" a laproyección verdadera. Latransformación de la altura es un cálculode la misma en una sola dimensión.

Este tipo de transformación se puedeemplear en áreas donde no se conoce elelipsoide local ni la proyección y dondeademás, el geoide se mantiene

Punto proyectadosobre la superficiedel modelo de altura

Modelo de altura

Superficie Elipsoidal

Altura Ortométricaen el punto común

Modelo de altura generado por 4 puntos conocidos


4.6 Proyecciones de Mapas y Coordenadas Planas

La mayoría de topógrafos mide y registracoordenadas en un sistema de cuadrículaortogonal. Esto significa que los puntosestán definidos por su coordenada Este,su coordenada Norte y su alturaortométrica (altura sobre el nivel delmar). Las proyecciones de mapas lespermiten a los topógrafos representaruna superficie curva tridimensional

sobre una hoja de papel plana.

Estas proyecciones se muestran comoplanos, pero realmente definen pasosmatemáticos para especificar lasposiciones sobre un elipsoide entérminos de un plano.

La forma en que una proyección trabajase muestra en el diagrama. Los puntossobre la superficie del esferoide son

proyectados sobre la superficie planadesde el origen del esferoide.

El diagrama pone de manifiesto elproblema de la imposibilidad derepresentar dimensiones verdaderas oformas sobre tales planos. Lasdimensiones verdaderas se puedenrepresentar sólo donde el plano corta alesferoide (puntos c y g).

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 E

010

20

30

40

50

60

70

80

90100110

N

o

ab

c

d

e

f

g

h

i

a'

b'

d'

e'

f'

h'

i'

Mapa basado en coordenadas planas Idea básica de las proyecciones


4.6.1 Proyección Transversa de Mercator

La Proyección Transversa de Mercatores una proyección conforme. Estosignifica que las mediciones angularesrealizadas sobre la superficie de laproyección son verdaderas.

La proyección está basada en un cilindroque es ligeramente más pequeño que elesferoide y después se desarrolla enforma horizontal. Este método esutilizado por muchos países y se adaptaespecialmente a países grandes cercadel ecuador.

La Proyección Transversa de Mercatorse define por:

• Falso Este y Falso Norte.

• Latitud de Origen

• Meridiano Central

• Factor de Escala sobre el Meridiano

• Ancho de Zona

Cilindro Esferoide

Proyección Transversa de Mercator


0

N

E

El Falso Este y el Falso Norte sedefinen de tal manera que el origen de lacuadrícula de la proyección se puedaubicar en la esquina inferior izquierda, talcomo lo establece la convención general.Con esto se elimina la posibilidad decoordenadas negativas.

La Latitud de Origen define la Latituddel eje del cilindro. Generalmentecorresponde al ecuador (en el hemisferionorte).

El Meridiano Central define la direccióndel norte de la cuadrícula y la Longituddel centro de la proyección.

La escala varía en la dirección este-oeste. Como el cilindro es, por logeneral, más pequeño que el esferoide,la Escala en el Meridiano Central esdemasiado pequeña, siendo correcta enlas elipses de intersección y muy grandeen los bordes de la proyección.

La escala en la dirección norte-sur nocambia. Por esta razón, la ProyecciónTransversa de Mercator es la másadecuada para cartografiar áreas que seextienden en dirección norte-sur.

Características de la Proyección Transversa de Mercator

Proyección Universal Transversa de Mercator (UTM)

La proyección UTM cubre al mundo entre los 80° de latitud norte y los 80° delatitud sur. Es un tipo de proyección transversa de Mercator, donde muchos delos parámetros de definición se mantienen fijos. La Proyección UTM se divideen zonas de 6° de longitud con zonas adyacentes que se superponen 30'. Elparámetro que las define es el Meridiano Central o el Número de la Zona.(Cuando se define uno, el otro queda implícito)

Ancho de Zona

Meridiano Central

Elipses deIntersección

El Ancho de Zona define la porción del esferoide en ladirección este-oeste sobre la cual se aplica la proyección.


4.6.2 Proyección de Lambert

La Proyección Lambert también es unaproyección conforme basada en un conoque intercepta al esferoide. Resulta idealpara países pequeños, circulares y enlas regiones polares.

0

N

E

Proyección Lambert

Cono

• Latitud del 1er. ParaleloEstándar

• Latitud del 2o.ParaleloEstándar

El Falso Este y el FalsoNorte están definidos detal manera que el origen dela cuadrícula de proyecciónse ubique en la esquinainferior izquierda, deacuerdo a la convencióngeneral. Con esto seelimina la posibilidad decoordenadas negativas.

La Latitud de Origendefine la latitud del origende la proyección.

El Meridiano Centraldefine la dirección delnorte de la cuadrícula y laLongitud del centro de laproyección.

La Latitud 1er. ParaleloEstándar define la latituden la cual el cono corta porprimera vez al esferoide.También define el lugar

Esferoide

Proyección Lambert

La proyección de Lambert está definida por:

• Falso Este y Falso Norte

• Latitud de origen

• Meridiano Central

donde la influencia de la escala en la dirección norte-sures cero.

La Latitud del 2o. Paralelo Estándar define la segundalatitud en la cual el cono corta la pirámide. La influenciade la escala en este punto también es de cero.

La escala es muy pequeña entre los dos paralelosestándar y muy grande fuera de ellos, quedando definidapor las latitudes de los paralelos estándar sobre loscuales tiene un valor de cero. La escala en la direccióneste-oeste no varía.

Anc

ho d

e Z

ona

1/6

del A

ncho

de Z

ona

2/3

del A

ncho

de Z

ona

1/6

del A

ncho

de Z

ona Paralelo Estándar

MeridianoCentral

ParaleloEstándar

38 GPS Basics -1.0.0esLevantamientos con GPS

5. Levantamientos con GPSProbablemente para el topógrafo o elingeniero sea aún más importante lapráctica o el uso efectivo del GPS que lateoría.

Como cualquier herramienta, el GPSserá tan bueno como su operador. Unplaneamiento adecuado y una buenapreparación son los ingredientesesenciales para un trabajo exitoso, asícomo el conocimiento de lasposibilidades y limitaciones del sistema.

¿Por qué usar GPS?

El sistema GPS tiene numerosasventajas sobre los métodos de topografíatradicionales:

1. No se requiere visibilidad entre lospuntos.

2. Puede ser usado en cualquiermomento del día o de la noche y bajocualquier condición climática.

3. Se obtienen resultados con precisióngeodésica.

4. Se puede completar más trabajo enmenos tiempo y con menos gente.

Limitaciones

Para poder trabajar con GPS esimportante que la antena GPS tengavisibilidad, sin obstáculos, hacia por lomenos cuatro satélites. Algunas veceslas señales de los satélites se venbloqueadas por edificios altos, árboles,etc. Debido a esto, el GPS no puede seutilizado en interiores. También es difícilemplear el GPS en los centros de lasciudades o entre árboles.

Debido a esta limitación, en algunasaplicaciones topográficas se puederecomendar el uso de una estación totalóptica o combinar ésta con un GPS.

Visibilidad sin obstáculos hacia cuatrosatélites

Objetos elevados pueden bloquearla señaldel GPS

39GPS Basics -1.0.0es Levantamientos con GPS

5.1 Técnicas de medición GPS

Existen diferentes técnicas de mediciónque pueden ser utilizadas por la mayoríade receptores topográficos GPS. Eltopógrafo debe elegir la técnicaapropiada para cada aplicación.

Estático - Utilizado para líneas largas,redes geodésicas, estudios de tectónicade placas, etc. Ofrece precisión alta endistancias largas, pero escomparativamente lento.

Estático Rápido - Usado paraestablecer redes de control locales,incrementar la densidad de redesexistentes, etc. Ofrece alta precisión enlíneas base de hasta 20km. y es muchomás rápido que la técnica estática.

Cinemático - Empleado paralevantamientos de detalles y para lamedición de muchos puntos de sucesióncorta. Es una técnica manera muyeficiente para medir muchos puntos queestán muy cerca uno de otro. Sinembargo, si existen obstrucciones haciael cielo, tales como puentes, árboles,edificios altos, etc., y se rastrean menosde 4 satélites, el equipo deberá volversea iniciar, lo cual toma entre 5 y 10minutos.

Una técnica de proceso conocida comoOn-the-Fly (OTF), minimiza estarestricción.

RTK - Cinemático en Tiempo Real (porsus siglas en inglés Real TimeKinematic). Utiliza un radio enlace dedatos para transmitir los datos delsatélite desde la referencia hacia elmóvil. Esto permite calcular lascoordenadas y mostrarlas en tiempo real,mientras se lleva a cabo ellevantamiento. Se utiliza paraaplicaciones similares al cinemático. Unaforma muy efectiva de medir detalles, yaque los resultados son presentadosmientras se lleva a cabo el trabajo. Estatécnica sin embargo necesita de un radioenlace, el cual está propenso a recibirinterferencia de otras fuentes de radioasí como al bloqueo de la línea de vista.


5.1.1 Levantamientos Estáticos

Este fue el primer método en serdesarrollado para levantamientos conGPS. Puede ser utilizado para lamedición de líneas base largas(generalmente 20km -16 millas - o más)

Se coloca un receptor en un punto cuyascoordenadas son conocidas conprecisión en el sistema de coordenadasWGS84. Este es conocido como elReceptor de Referencia. El otro receptores colocado en el otro extremo de lalínea base y es conocido como elReceptor Móvil.

Los datos son registrados en ambasestaciones en forma simultánea. Esimportante que los datos seanregistrados con la misma frecuencia encada estación. El intervalo de registro dedatos puede ser establecido en 15, 30 ó60 segundos.

Los receptores deben registrar datosdurante un cierto periodo de tiempo. Eltiempo de observación dependerá de lalongitud de la línea, el número desatélites observados y la geometría(Dilución de la Precisión o DOP). Comoregla general, el tiempo de observación

deberá ser por lo menos de una horapara una línea de 20km. con 5 satélites yun GDOP prevaleciente de 8. Líneasmás largas requieren tiempos deobservación más largos.

Una vez que se ha registrado suficienteinformación, los receptores se apagan. ElMóvil se puede desplazar para medir lasiguiente línea base y volver a comenzarla medición.

Es muy importante que existaredundancia en la red que está siendomedida. Esto significa que los puntos sedeben medir por lo menos dos veces,con lo cual se pueden revisar para evitarproblemas que de otra manera, pasaríandesapercibidos.

Un gran incremento en la productividadse puede conseguir añadiendo unreceptor Móvil adicional. Se necesita unbuena coordinación entre las diferentesbrigadas de topografía para aprovecharla disponibilidad de tres receptores. En lasiguiente página se muestra un ejemplo.


1 32

54

La red ABCDE debe ser medida contres receptores. Se conocen lascoordenadas de A en el sistemaWGS84. Los receptores se colocanen los puntos A, B y C, registrandodatos durante el tiempo necesario.

Después del tiempo necesario deregistro, los receptores se desplazande E a D y de D a C, formando eltriángulo ACD, el cual es medido.

Después el receptor en A sedesplaza a E y el de C se mueve aB. Ahora se forma el triángulo BDE,el cual también se mide.

Por último, el que está en B regresa alpunto C y se mide la línea EC.

El resultado final será la medición de lared ABCDE. Un punto es medido tresveces y cada punto se mide por lo menosdos veces, lo cual proporciona la redun-dancia necesaria. Los errores gruesosserán detectados y las medicionesincorrectas serán desechadas.


5.1.2 Levantamientos Estático Rápidos

En los levantamientos Estático Rápidos,se elige un punto de Referencia y uno omás Móviles operan con respecto a él.

Típicamente se utiliza el método EstáticoRápido para aumentar la densidad de redesexistentes, para establecer control, etc.

Cuando se inicia el trabajo donde no seha llevado a cabo ningún levantamientocon GPS, la primer tarea es la deobservar un cierto número de puntoscuyas coordenadas sean conocidas conprecisión en el sistema de coordenadaslocales.. Esto permitirá calcular latransformación y de allí todos los puntosmedidos con GPS pueden serconvertidos con facilidad al sistema local.

Como se discutió en la sección 4.5, sedeben observar por lo menos 4 puntosen el perímetro del área de interés. Latransformación calculada será válidapara el área incluida entre esos puntos.

El Receptor de Referencia se ubica porlo general sobre un punto conocido ypuede ser incluido en los cálculos de losparámetros de transformación. Si no seconoce ningún punto, puede ser ubicadoen cualquier lugar de la red.

El Receptor (o los Receptores) Móvil(es), serán colocados entonces en cadapunto conocido. El periodo de tiempoque los Móviles deberán observar encada punto, depende de la longitud de lalínea base desde la Referencia y delGDOP.

Los datos son registrados y luego sonprocesados en la oficina.

Se deben efectuar verificaciones paraasegurarse que no se presentan erroresgruesos en las mediciones. Esto sepuede hacer midiendo los puntosnuevamente en un momento diferentedel día.

Cuando se trabaja con dos o másMóviles, es necesario asegurarse quetodos los receptores están operandosimultáneamente sobre cada puntoocupado. Esto permite que los datos decada estación puedan ser utilizadoscomo Referencia o como Móvil. Esta esla manera más eficiente de trabajar, perotambién la más difícil de sincronizar.

Otra manera de conseguir redundanciaes colocando dos estaciones dereferencia y utilizar un móvil para ocuparlos puntos, tal como se muestra en elejemplo de la siguiente página.


1 4 532

1 4 532

La red de puntos 1,2,3,4,5 debe ser medidadesde la estación deReferencia R con tresreceptores GPS.

La estación dereferencia es iniciada.Se coloca un Móvil enel punto 1 y el otro enel punto 3.

Transcurrido el tiempode registro necesario,un móvil se desplazaal punto 2 y el otro alpunto 4.

Un móvil mide elpunto 5 y el otro móvildeja de ser necesario.

El resultado final serála radiación aquí mos-trada. Al día siguientepuede repetirse lamedición para descartarerrores gruesos.

En forma alternativa...

Las estaciones deReferencia se colocanen los puntos R y 1. ElMóvil ocupa el punto 2.

Transcurrido el tiemponecesario de registro,el Móvil se desplaza alpunto 3.

En forma similar, elMóvil pasa al punto4...

...y luego al punto 5. El res. final será una redcomo la que se muestra,con un diseño redundantepara darle mayor solidez.


5.1.3 Levantamientos Cinemáticos

La técnica cinemática se utilizageneralmente para levantamiento dedetalle, registro de trayectorias, etc.,aunque con la implementación del RTKsu popularidad ha disminuido.

La técnica involucra un Móvil que sedesplaza y cuya posición puede sercalculada en relación con la Referencia.

Primero, el Móvil tiene que realizar elprocedimiento conocido como iniciación.Esto es esencialmente lo mismo que medirun punto con Estático Rápido y permiteal programa de post-proceso resolverlas ambigüedades cuando se regresa ala oficina. La Referencia y el Móvil seactivan y permanecen absolutamenteestáticos por 5-20 minutos, registrandodatos. (El tiempo depende de la longitudde la línea base desde la Referencia ydel número de satélites observados).

Después de este periodo, el Móvil sepuede mover libremente. El usuariopuede registrar posiciones con unintervalo de tiempo predeterminado,puede registrar otras posiciones, o unacombinación de las dos. Esta parte de lamedición se conoce comúnmente comola cadena cinemática.

Una advertencia importante cuando seopera en levantamientos cinemáticos esque hay que evitar moverse muy cercade objetos que pudieran bloquear lasseñales de los satélites del receptorMóvil. Si en algún punto el Móvil rastreamenos de 4 satélites, hay que detenerse,desplazarse a una posición donde seregistren 4 o más satélites y realizarnuevamente la iniciación antes decontinuar.

1 2 3

El móvil se inicia desde lareferencia.

El móvil entonces se puededesplazar. Las posicionespueden ser registradas enintervalos predefinidos...

...y también en los puntosdonde el operador lodesee.

Cinemático OTF (On The Fly)

Es una variable de la técnicacinemática, en la cual no es necesariala iniciación y la iniciación subsecuentecuando el número de satélites observadosdesciende a menos de cuatro.El método Cinemático OTF es unmétodo de procesamiento que se aplicaa la medición durante el post-proceso.Al inicio de la medición el operadorpuede comenzar a caminar con elreceptor móvil y registrar datos. Sicamina bajo un árbol y pierde la señalde los satélites, el sistema se volverá ainiciar automáticamente al momento detener suficiente cobertura de satélites.


5.1.4 Levantamientos RTK

Cinemático en Tiempo Real (por sussiglas en inglés Real Time Kinematic). Esun tipo de levantamiento cinemático alvuelo efectuado en tiempo real.

La Estación de Referencia tiene un radioenlace conectado y retransmite los datosque recibe de los satélites.

El Móvil también tiene un radio enlace yrecibe las señal transmitida de laReferencia. Este receptor también recibelos datos de los satélites directamentedesde su propia antena. Estos dosconjuntos de datos pueden serprocesados juntos en el Móvil pararesolver las ambigüedades y obtener unaposición muy precisa en relación con elReceptor de Referencia.

Una vez que el Receptor de Referenciase ha instalado y está transmitiendodatos mediante el radio enlace, se puedeactivar el Receptor Móvil.

Cuando está rastreando satélites yrecibiendo datos de la Referencia, puedeempezar con el proceso de inicio. Estoes similar al proceso de inicio realizadoen un levantamiento cinemático OTF conpost-proceso, la diferencia principal esque el proceso se realiza en tiempo real.

Una vez que se ha completado el inicio,las ambigüedades son resueltas y elMóvil puede registrar puntos y suscoordenadas. En este punto , lasprecisiones de las líneas base serán delorden de 1 - 5cm.

Es importante mantener contacto con elReceptor de Referencia, de otra manerael Móvil puede perder la ambigüedad. Siesto sucede la posición calculada esmucho menos precisa.

Además, se pueden presentar problemascuando se mide cerca de obstruccionestales como edificios altos, árboles, etc.ya que la señal de los satélites puede serbloqueada.

El RTK se está convirtiendo en el métodomás común para realizar levantamientosGPS de alta precisión en áreaspequeñas y puede ser utilizado enaplicaciones donde se utilizan lasestaciones totales convencionales. Estoincluye levantamientos de detalles,estaqueo, replanteo, aplicacionesCOGO, etc.

El Radio Enlace

La mayoría de los sistemas RTK GPSemplean pequeños radio módems UHF.Muchos de los usuarios experimentanproblemas con la radio comunicación delsistema RTK. Por lo tanto, vale la penaconsiderar los siguientes factores al tratarde optimizar el desempeño del radio.

1. La potencia del radio transmisor. Entérminos generales, a mayor potenciamayor rendimiento. Sin embargo, lamayoría de los países restringe legalmentela potencia de salida entre 0.5 - 2W.

2. La altura de la antena del transmisor.Las comunicaciones por radio se puedenver afectadas por la falta de línea devisibilidad. Cuanto más alto se puedainstalar la antena, menores serán losproblemas por la falta de línea devisibilidad y aumentará el alcance de lascomunicaciones por radio. El mismoprincipio se aplica para la antena receptora.

Otros factores que afectan el rendimientoincluyen la longitud del cable de antena,ya que cuanto más largo sea este, sepresentarán más pérdidas. Asimismo, eltipo de antena también influye en elalcance.


5.2 Preparación del Levantamiento

Antes de salir al campo, el topógrafonecesita preparar el trabajo. Lossiguientes aspectos deben serconsiderados:

1. Licencias de Radio

2. Baterías cargadas

3. Cables de repuesto

4. Comunicación entre los miembros dela brigada

5. Coordenadas de la Estación deReferencia

6. Tarjetas de Memoria, con suficientecapacidad

7. Programa de Observación. El principalobjetivo debe ser contar con suficienteinformación para determinar losparámetros de transformación yobtener redundancia de lasobservaciones.

5.3 Consejos durante la operación

Para levantamientos Estáticos y EstáticoRápidos, se recomienda completar unahoja de registro por cada punto medido.En la siguiente página se muestra unejemplo.

En los levantamientos Estáticos yEstático Rápidos, es muy importantemedir la altura de la antena de maneracorrecta. Este es uno de los errores máscomunes cuando se llevan a cabolevantamientos GPS. Se recomiendamedir la altura de la antena al inicio y alfinal de una sesión de medición. En loslevantamientos cinemáticos y RTK, laantena se monta en un bastón, el cualtiene altura constante.

Durante los levantamientos estáticos yestático rápidos, la antena GPS debepermanecer totalmente inmóvil. Estapráctica se aplica también al periodo deinicio Estático Rápido de loslevantamientos Cinemáticos (pero no alos cinemáticos OTF ni RTK). Cualquiermovimiento o vibración de la antenapuede afectar negativamente alresultado.


Hoja de Registro

Id de Punto

Núm. de serie delSensor

Tipo de Operación

Tipo de Antena

Lectura de Altura

Hora de Inicio

Hora de Término

Núm. de Épocas

Núm. de satélites

GDOP

Fecha

Operador

Notas

48 GPS Basics -1.0.0esGlosario

GlosarioAchatamiento

Relativo a los Elipsoides.f = (a-b)/a = 1-(1-e2)1/2

donde a ... semi-eje mayorb ... semi-eje menore ... excentricidad

Acimut

Ángulo horizontal, medido en el sentidode las manecillas del reloj, a partir deuna dirección (como el Norte).

Almanaque

Conjunto de datos crudos de las órbitasde los satélites, empleados paracalcular la posición, hora de salida,elevación y acimut de los mismos.

Altura Elipsoidal

Distancia vertical de un punto sobre elelipsoide.

Altura Geoidal

Véase Ondulación Geoidal

Altura Ortométrica

Distancia de un punto sobre el geoide,medido a lo largo de la vertical del punto(altura sobre el nivel medio del mar).Véase también Elevación.

Ambigüedad

Número entero de ciclos desconocidosde la fase portadora reconstruida,presentes en una serie de medicionescontinuas, de un solo paso de satéliteen un mismo receptor.

Ángulo Cenital

Ángulo vertical con un valor de 0° sobreel horizonte y 90° directamente sobre elusuario.

Ángulo de Elevación

Ángulo de elevación mínima por debajodel cual el sensor no rastrea ningúnsatélite GPS.

Anti-spoofing (A-S)

Código P encriptado (para formar elcódigo Y).

Banda L

Banda de frecuencia de radio que seextiende desde los 390 Mhz hasta los1550 MHz. Las frecuencias de las fasesportadoras de las bandas L1 y L2,transmitidas por los satélites GPS,quedan dentro de esta banda L.

Cambio Doppler

Cambio aparente en la frecuencia deuna señal recibida debido al rango decambio del intervalo entre el transmisory el receptor.

Canal Cuadrático

Canal receptor GPS que multiplica por símisma la señal recibida para obteneruna segunda armónica de la faseportadora que no contiene el código demodulación.

Canal Receptor

Frecuencia de radio y hardware digital,así como el programa en un receptorGPS, requeridos para rastrear la señalde un satélite GPS en una de las dosfases portadoras del sistema.

49GPS Basics -1.0.0es Glosario

Chip

Intervalo de tiempo de un cero o de ununo en un código de pulso binario.

Círculo Máximo

Término empleado en navegación. Es laforma más corta de conectar dos puntos.

Código

Sistema empleado para comunicaciónen el que a ciertas cadenas de ceros yunos, elegidos arbitrariamente, se lesasignan significados definidos.

Código C/A

Es el Código de Adquisición Cruda quese envía en la señal L1 de GPS. Estecódigo es una secuencia demodulaciones seudoaleatoriasbifásicas binarias de 1023 MHZ en labanda de GPS con una modulación de1.023 MHz, y presenta un período derepetición de un milisegundo.

Código P

Código preciso GPS con una secuenciamuy larga (aproximadamente 1014 bit )de modulaciones seudoaleatoriasbinarias bifásicas en la fase portadoraGPS en un intervalo de chips de 10.23MHz, que no se repiten a sí mismasdurante 267 días. Cada segmentosemanal del código P es único paracada satélite GPS, y se cambia tambiéncada semana. El acceso al código P serestringe a usuarios autorizados por elgobierno de los E.U.

Código Seudoaleatorio del Ruido (PRN)

Cualquier grupo de secuencias binariasque parecen tener una distribuciónaleatoria como el ruido, pero que enrealidad se pueden distribuir de maneraordenada. La propiedad más importantede los códigos PRN es que lasecuencia tiene un valor mínimo deautocorrelación, excepto en un retrasode cero.

Código Y

Versión encriptada del código P, que setransmite mediante un satélite GPS alactivarse el modo anti-spoofing.

Comparación del Retraso

Técnica mediante la cual el códigorecibido (generado por el reloj delsatélite) se compara con el códigointerno (generado por el reloj delreceptor) y este último se adapta entiempo hasta que se igualen los doscódigos.

Configuración de los Satélites

Estado o condición de la constelaciónde satélites en un momentodeterminado, con relación a un usuarioo a un grupo de usuarios.

Constante Gravitacional

Constante de proporcionalidad en la leyde Gravitación de Newton.

G = 6.672 * 10-11 m3s-2kg-1


Constelación de Satélites

Disposición en el espacio de todo elgrupo de satélites de un sistema, comoel de GPS.

Coordenadas Cartesianas

Coordenadas de un punto en el espacio,dadas en tres dimensiones perpendi-culares (x, y, z) a partir del origen.

Coordenadas Geodésicas

Coordenadas que definen un punto enrelación a un elipsoide. Las coordenadasgeodésicas pueden emplear valores delatitud, longitud y altura elipsoidal ocoordenadas cartesianas.

Datos Compactados

Datos crudos compactados cadadeterminado intervalo de tiempo (tiempode compactación) para formar una solaobservación (medición), para suposterior registro.

Datos Crudos

Datos GPS originales, registrados ygrabados por un receptor.

Datos de Mensaje

Mensaje incluido en la señal GPS queinforma de la ubicación del satélite, lascorrecciones del reloj y la salud. Seincluye también información general delas condiciones de otros satélites de laconstelación.

Datum Geodésico

Modelo matemático diseñado paraajustarse lo mejor posible a una parte oa la totalidad del geoide. Se define porun elipsoide y la relación que existeentre este y un punto sobre la superficietopográfica, establecido como el origendel datum. Dicha relación se establecepor medio de seis cantidades,generalmente (aunque nonecesariamente): la latitud y longitudgeodésicas y la altura del origen, losdos componentes de la deflexión de lavertical en el origen y el acimutgeodésico de una línea que va desde elorigen hacia cualquier otro punto.

Deflexión de la vertical

Ángulo formado por la normal alelipsoide y la vertical (línea deplomada). Generalmente se calculacomo un componente en el meridiano yun componente perpendicular al mismo.

DGPS

GPS Diferencial. Término que se aplicacomúnmente para designar a unsistema GPS que emplea correccionesde código diferencial para obtener unaprecisión de posición entre 0.5 - 5m.

Día Sidéreo

Intervalo de tiempo entre dos tránsitossuperiores sucesivos del equinoccioVernal.

Día Solar

Intervalo de tiempo entre dos tránsitossuperiores sucesivos del sol.


Dilución de la Precisión (DOP)

Descripción de la contribución(puramente geométrica) a laincertidumbre para fijar una posición. Elfactor DOP indica la fortaleza geométricade la constelación de los satélites en elmomento de la medición. Los términosestándar empleados en GPS son:

GDOP coordenadas de posicióntridimensional más el retraso

del reloj

PDOP tres coordenadas

HDOP dos coordenadas horizontales

VDOP únicamente altura

TDOP únicamente retraso del reloj

HTDOPposición horizontal y hora

Disponibilidad Selectiva (SA)

Degradación de la precisión de laposición puntual para los usuariosciviles establecida por el Departamentode Defensa de los E.U.. El SA seintroduce como degradación del reloj ode la órbita de los satélites GPS.

Efemérides

Lista de posiciones o ubicaciones de unobjeto celeste en función del tiempo.

Elementos Orbitales Keplerianos

Permiten la descripción de cualquierórbita astronómica:

a: semi-eje mayor

e: excentricidad

w: argumento de perigeo

W: ascensión recta del nodoascendente

i: inclinación

n: anomalía verdadera

Elevación

Altura sobre el Geoide. Véase AlturaOrtométrica.

Elipsoide

En Geodesia, a menos que seespecifique otra cosa, figuramatemática formada al hacer girar unaelipse alrededor de su eje menor (aveces se le denomina tambiénesferoide). Dos elementos definen unelipsoide: generalmente se dan aconocer como la longitud del semi-ejemayor a y el achatamiento f.

Elipsoide Local

Elipsoide que se ha definido paraajustarse lo mejor posible a una parteespecífica de la Tierra. Generalmente,los elipsoides locales se ajustan paraun país o un cierto grupo de países.

Época

Instante fijo y particular de tiempo,empleado como punto de referencia enuna escala temporal.

Error de las Efemérides

Diferencia entre la ubicación actual delsatélite y la ubicación predicha por losdatos orbitales de satélite (efemérides).


Error Multitrayectoria

Error de posicionamiento, resultante dela interferencia entre las ondas de radioque han viajado entre el transmisor y elreceptor por dos trayectorias dediferente longitud de onda.

Estimación por mínimos cuadrados

Proceso de estimación de parámetrosdesconocidos que se efectúaminimizando la suma de los cuadradosde los residuales de una medición.

Excentricidad

Distancia desde el centro de una elipsehacia el foco de su semi-eje mayor.

e = (1 - b2/a2)1/2

donde a y b son el semi-eje mayor ysemi-eje menor, respectivamente, de laelipse.

Fase Observable

Véase Fase Portadora Reconstruida

Fase Portadora Reconstruida

Diferencia entre la fase de la faseportadora GPS recibida y con variaciónDoppler y la fase de una frecuencia dereferencia nominalmente constante,generada en el receptor.

Frecuencia de Fase Portadora

Frecuencia de la salida fundamental nomodulada de un radiotransmisor. Lafrecuencia de la fase portadora GPS enL1 es de 1575.42 MHz y en L2 es de1227.60 MHz.

Frecuencia Fundamental

La frecuencia fundamental empleada enGPS es de 10.23 MHz. Las frecuenciasde fase portadora en L1 y L2 sonmúltiplos enteros de la frecuenciafundamental.

L1 = 154F = 1575.42 MHz

L2 = 120F = 1227.60 MHz

Frecuencia Resultante

Cualquiera de las dos frecuenciasadicionales obtenidas al combinar lasfrecuencias de dos señales. Lasfrecuencias resultantes son iguales a lasuma o la diferencia de las dos señalesoriginales, respectivamente.

Frecuencia Resultante de Portadora

Fase de la señal que permanece cuandola señal de portadora, proveniente delsatélite, choca contra la frecuenciaconstante generada en el receptor.

GDOP

Dilución de la Geometría de la precisión

—> Dilución de la precisión

Geocéntrico

Relacionado con el centro de la Tierra.

Geodesia

Ciencia que estudia el tamaño y laforma de la Tierra.


Geoide

Superficie equipotencial que coincidecon el nivel medio del mar, el cual seextendería imaginariamente a lo largode toda la superficie terrestre de noexistir los continentes. Esta superficiees perpendicular en todos los puntos ala fuerza de gravedad.

GPS

Sistema de Posicionamiento Global

Gradícula

Cuadrícula plana que representan laslíneas de Latitud y Longitud de unelipsoide.

Hora Local

La hora local es igual al tiempo mediode Greenwich + huso horario.

Huso Horario

Huso Horario = Hora Local – Tiempomedio de Greenwich (GMT). Nótese queel Tiempo medio de Greenwich esaproximadamente el mismo que elTiempo GPS.

Inclinación

Ángulo formado entre el plano orbital deun objeto y un plano de referencia (porejemplo, el plano ecuatorial).

Intervalo de Chips

Número de chips por segundo (porejemplo, código C/A : 1.023*106 cps)

Intervalo de sesgo entero

Véase Ambigüedad

Latitud

Ángulo entre la normal al elipsoide y elplano ecuatorial. Tiene un valor de cerosobre el ecuador y de 90° en los polos.

Levantamiento Estático

El término Levantamiento Estático seemplea en conjunción con el sistemaGPS para todas las aplicaciones delevantamientos no cinemáticos. Loanterior incluye los siguientes modosde operación:

• Levantamiento Estático• Levantamiento Estático Rápido

Levantamiento Estático Rápido

Término empleado en conjunción con elsistema GPS para levantamientosestáticos con períodos cortos deobservación. Este tipo delevantamientos es posible gracias alalgoritmo de resolución rápida deambigüedades presente en el programaSKI.

Levantamiento Parar y Seguir

El término de Levantamiento Parar ySeguir se emplea en conjunción con elsistema GPS para designar un tipoespecial de levantamiento cinemático.Posterior a la inicialización (paradeterminar las ambigüedades) en elprimer punto, el receptor móvil sedesplaza a los demás puntos sin perderla señal de ningún satélite. Solo serequieren unas cuantas épocas enestos otros puntos para obtener unasolución con la precisión requerida. Siocurre una pérdida de señal, se debeiniciar nuevamente.


Línea Base

Longitud del vector tridimensional entreun par de estaciones en las que se hanregistrado simultáneamente datos GPSy se procesan con técnicasdiferenciales.

Línea de Rumbo

Término empleado en navegación.Trayectoria entre dos puntos con rumboconstante.

Longitud

Es el ángulo que se forma entre elmeridiano de Greenwich y el meridianoque pasa por el punto en cuestión. Porlo tanto, tendrá un valor de 0° enGreenwich y se mide hacia el este o eloeste, con valores máximos de 180° enun sentido y otro.

Longitud de Banda

Medición del ancho del espectro de unaseñal (representación del dominio de lafrecuencia de una señal) expresada enHertz.

Mediciones Diferenciales

Las mediciones GPS se puedendiferenciar entre receptores, entresatélites o a lo largo de un cierto tiempo.Aunque existen varias combinacionesposibles, por convención las medicionesde fase GPS se diferencian en el ordenaquí descrito: primero entre losreceptores, después entre los satélites ypor último a lo largo del tiempo.

Una medición de una diferencia (entrereceptores) consiste en la diferencia in-stantánea de fase de la señal recibida,medida simultáneamente, por dosreceptores que observan el mismo satélite.

Una medición de doble diferencia (entrereceptores y satélites) se obtiene alhacer la diferencia entre la medición deuna diferencia para un satélite conrespecto a la correspondiente mediciónde una diferencia del satélite dereferencia elegido.

Una medición de triple diferencia (entrereceptores, satélites y tiempo) seobtiene al hacer la diferencia entre unamedición de doble diferencia en unaépoca y la misma medición en unaépoca distinta.

Retraso de la Propagación Atmosférica

Retraso de tiempo que afecta a lasseñales de los satélites, debido a laionosfera y troposfera, que son capasatmosféricas de la Tierra.

Meridiano

Línea imaginaria que une el polo surcon el polo norte y pasa por el ecuador alos 90°.

Modo Cuadrático de Recepción

Método empleado para la recepción deseñales GPS en L2, que duplica la faseportadora y no emplea el código P.

Modulación Binaria Bifásica

Cambio de fase de 0° o de 180° (pararepresentar 0 o 1 en binario, respectiva-mente) en una fase portadora constante.Se pueden modelar por medio de:

y = A cos (wt + p),

donde la función de amplitud A es unasecuencia de valores +1 y -1 (pararepresentar los cambios de fase de 0° y180° respectivamente). Las señalesGPS son señales bifásicas moduladas.


NAVSTAR

Acrónimo de Navigation System withTime and Ranging, nombre original delsistema GPS.

NMEA

Del Inglés: National Marine ElectronicsAssociation. que define señaleseléctricas, protocolos de transmisión dedatos, tiempos y formatos de frasespara transmitir datos de navegaciónentre diversos instrumentos denavegación marítima. Es el formatoestándar de salida para datos de tiempoy posición de equipos GPS, el cual seemplea en diversas aplicaciones.

Ondulación Geoidal

Distancia de la superficie del elipsoidede referencia al geoide, medida a lolargo de la normal al elipsoide.

PDOP

Dilución de la precisión de la Posición.

Véase Dilución de la Precisión

Portadora

Onda de radio que tiene por lo menosuna característica (por ejemplo,frecuencia, amplitud o fase) que puedemodificarse por modulación a partir deun valor conocido de referencia.

Posicionamiento Cinemático

Determinación de una serie de tiempo ode coordenadas para un receptor móvil.Cada serie de coordenadas sedetermina a partir de una sola muestrade datos y se generalmente se calculaen tiempo real.

Posicionamiento Diferencial

Determinación de coordenadasrelativas entre dos o más receptoresque rastrean simultáneamente lasmismas señales GPS.

Posicionamiento Puntual

Reducción independiente deobservaciones efectuada por unreceptor en particular, empleando lainformación de seudorangostransmitida por los satélites.

Posicionamiento Relativo

Véase Posicionamiento Diferencial

Post proceso

Proceso de calcular posiciones entiempo no real, empleando datospreviamente colectados por receptoresGPS.

Proyección Conforme

Proyección cartográfica en la que seconservan los ángulos sobre elelipsoide después de ser proyectadossobre el plano.

Proyección Lambert

Proyección cónica conforme queproyecta un elipsoide sobre unasuperficie plana, utilizando un conosobre una esfera como figuras dereferencia.

Proyección Transversa de Mercator

Proyección cilíndrica conforme que sebasa en un cilindro que envuelve a laTierra.


Rango

Término empleado en navegación parareferirse a la longitud de la trayectoriaentre dos puntos. Normalmente, estatrayectoria es el círculo máximo o lalínea de rumbo.

Rango de Error del Usuario (UERE)

Contribución al rango de medición delerror de una fuente individual de error,convertida en unidades del rango,asumiendo que la fuente de error noestá relacionada con el resto de lasfuentes de error.

Retraso de la Propagación

Véase Retraso de la propagaciónatmosférica y Retraso Ionosférico.

Retraso del Reloj

Diferencia constante en la lectura de lahora en dos relojes.

Retraso Inosférico

La propagación de una onda a través dela ionosfera (que es un medioheterogéneo y dispersante),experimenta un retraso. El retraso de lafase depende del contenido deelectrones y afecta las señales de lafase portadora. El retraso de gruposdepende también de la dispersión de laionosfera y afecta la modulación de lasseñales (códigos). El retraso de la fasey de los grupos es de la mismamagnitud pero de signo contrario.

RINEX

Siglas de Receiver INdependent EXchangeformat. Conjunto de definiciones yformatos estándar para promover ellibre intercambio de datos GPS.

RTCM

Siglas de Radio Technical Commissionfor Maritime services. Comisiónestablecida para definir un radio enlacediferencial de datos para retransmitirmensajes de corrección GPS a partir deuna estación de control a los usuariosen campo.

RTK

Siglas de Real Time Kinematic. Términoempleado para describir el procesomediante el cual, se resuelven lasambigüedades de fase en el receptorGPS, de manera que ya no es necesarioel post-proceso.

Rumbo

Término empleado en navegación paradescribir el ángulo entre una direcciónde referencia (por ejemplo, nortegeográfico, norte magnético, norte decuadrícula) y la trayectoria.

Salto de Ciclo

Discontinuidad de un número entero deciclos en la medición de señal de faseportadora, que resulta de una pérdidatemporal de la señal de satélites GPS.

Segmento de Control

Equipo en tierra del sistema GPSoperado por el gobierno de los E.U. querastrea las señales de los satélites,determina sus órbitas y transmite lasdefiniciones de las mismas a lamemoria de los satélites.


Segmento Espacial

Parte del sistema GPS que se encuentraen el espacio, es decir, los satélites.

Segmento Usuario

Parte del sistema GPS que comprendelos receptores de las señales GPS.

Servicio de Posicionamiento Estándar(SPS)

Nivel de precisión en el posicionamientode un punto obtenido con GPS, basadoen el código C/A de una frecuencia.

Servicio de Posicionamiento Preciso(PPS)

Nivel más alto de precisión deposicionamiento puntual, proporcionadopor el sistema GPS. Se basa en elcódigo P de doble frecuencia.

Sesión de Observación

Período de tiempo en el cual seregistran datos GPS en formasimultánea por dos o más receptores.

Seudolite

Estación GPS terrena diferencial quetransmite una señal con estructurasimilar a la de un satélite GPS.

Seudorango

Medición del tiempo de propagación dela señal aparente de un satélite a unaantena receptora, referido en distanciadividida entre la velocidad de la luz. Eltiempo de propagación aparente es ladiferencia entre el momento de larecepción de la señal (medido en elreceptor) y el tiempo de emisión(medido por el satélite). El seudorangodifiere del intervalo actual por lainfluencia del reloj del satélite contra elreloj del usuario.

Sitio

Punto en el que se establece unreceptor para determinar coordenadas.

Superficie Equipotencial

Superficie definida matemáticamente enla cual el potencial de gravedad es elmismo en cualquier punto. Un ejemplode esta superficie lo constituye el geoide.

Tiempo GPS

Sistema de tiempo continuo basado enel Tiempo de Coordenadas Universales(Coordinated Universal Time (UTC)) del6 de enero de 1980.

Tiempo medio de Greenwich (GMT)

Tiempo medio solar del Meridiano deGreenwich. Se emplea como base paraestablecer el tiempo o la hora estándara nivel mundial.

Tiempo Universal

Tiempo medio solar local en elMeridiano de GreenwichUT Abreviatura de Tiempo UniversalUT0 UT como se deduce

directamente de la observación alas estrellas

UT1 UT0 corregido por el movimientopolar

UT2 UT1 corregido para variacionesestacionales de la rotaciónterrestre

UTC Coordenadas de TiempoUniversal; sistema de tiempoatómico uniforme, muy similar alUT2 por correcciones.


Topografía

Forma del terreno de una región enparticular.

Transformación

Proceso de transformar coordenadas deun sistema a otro.

Transit

Antecesor del sistema GPS. Sistema denavegación satelitar que estuvo enservicio de 1967 a 1996.

Traslocación

Método en el que se emplean datossimultáneos de estaciones separadaspara determinar la posición relativa deuna estación con respecto a otra. VéasePosicionamiento Diferencial.

UTM

Proyección Universal Transversa deMercator. Es una variante de laproyección Transversa de Mercator. Sedivide en diferentes zonas, cada una de6° de ancho, con un factor central deescala de 0.996. La zona a empleardependerá de la posición del usuariosobre la Tierra.

WGS 84

Siglas de World Geodetic System 1984.Sistema al cual están referidas todaslas mediciones y resultados GPS.

59GPS Basics -1.0.0es GlosarioLecturas recomendadas

Lecturas recomendadas

GPS Theory and Practice -B. Hofmann-Wellenhof, H. Lichtenegger and J. Collins.ISBN 3-211-82839-7 Springer Verlag.

GPS Satellite Surveying -Alfred Leick.ISBN 0471306266 John Wiley and Sons.

Satellite Geodesy: Foundations, Methods and Applications -Gunter Seeber.ISBN 3110127539 Walter De Gruyter.

Understanding GPS: Principles and ApplicationsElliot D. Kaplan (Ed.).ISBN 0890067937 Artech House.

The Global Positioning System: Theory and ApplicationsBradford W. Parkinson and James J. Spilker (Eds.).ISBN 9997863348 American Institute of Aeronautics andAstronautics.


A(PRN) .................................................. 55(RTK) ...................................... 39, 45, 56(RTK) ...................................... 39, 45, 56Achatamiento ...................................... 52Acimut ................................................. 48Almanaque ......................................... 48Altura elipsoidal ............................ 30, 51Altura ortométrica ......................... 30, 54Ambigüedad ........................... 24, 45, 48Ancho de Zona ................................... 36Ángulo cenital ..................................... 58Ángulo de elevación ........................... 50Antena de bobina anular .................... 16Anti-Spoofing (A-S) 1 ..................... 8, 48Anti-Spoofing (A-S). ........................................................ Véase Fuentes de Error

BBanda L .............................................. 54

CCambio Doppler ................................. 51Canal cuadrático ................................ 57Canal receptor .................................... 56Cartesianas .................................. 28, 49Chip .................................................... 49Cinemático ............................. 39, 44, 53Cinemático en Tiempo Real(RTK) ...................................... 39, 45, 56Cinemático On the Fly (OTF) ........ 39, 44Círculo máximo .................................. 53Código ................................................ 49Código C/A ................... 7, 13, 18, 22, 49Código P ............................................. 55Código Seudoaleatorio del Ruido(PRN) .................................................. 55Código Y ............................................. 58Comparación del retraso ................... 50Configuración de los satélites ........... 56Conforme Proyección ........................ 49Constante gravitacional ..................... 53Constelación de los satélites ............ 56Coordenadas cartesianas ........... 28, 49

DDatos compactados ........................... 49Datos crudos ...................................... 56Datos de mensajes ........................... 50Datum geodésico ............................... 52Deflexión de la vertical ....................... 50DGPS ................................ 10, 19, 20, 50Día sidéreo ......................................... 57Día solar ............................................. 57Dilución de la precisión ............... 17, 51Dilución de la precisión (DOP) .......... 51Disponibilidad selectiva (S/A) ...... 18, 56Disponibilidad Selectiva (S/A). ........................................ Véase Fuentes de error

Distancia al satélite ............................ 13Doble diferencia ........................... 23, 50

EEfemérides ......................................... 51Elementos orbitales Keplerianos ...... 53Elevación ............................................ 51Elipsoide ...................................... 28, 51Época .................................................. 51Error multitrayectoria .......................... 54Estático ......................................... 39, 40Estático Rápido ............................ 39, 42Estimación por mínimos cuadrados . 54Excentricidad ...................................... 51

Índice alfabético


FFalso Este .................................... 36, 37Falso Norte ................................... 36, 37Fase diferencial .................................. 22Fase observable ................................ 55Fase portadora ....................... 22, 23, 49Fase portadora reconstruida ............. 56Frecuencia fundamental .................... 52Frecuencia resultante ........................ 48Frecuencia resultante de portadora .. 49Fuentes de error ................................. 14

GGDOP ...................................... 17, 51, 52GDOP. ....................................................... Véase Dilución de la precisión (DOP)

Geocéntrico ........................................ 52Geodesia ............................................ 52Geoide ................................................ 52GPS ............................................... 28, 52Gradícula ............................................ 53

HHDOP............................................ 17, 51Helmert ............................................... 32HTDOP ............................................... 51Huso horario ...................................... 57

IInclinación .......................................... 53Interpolación ....................................... 33Intervalo de Chip ................................ 49Intervalo de sesgo entero .................. 53

LLambert .............................................. 37Latitud ........................................... 28, 53Latitud de origen .......................... 36, 37Levantamiento Estático ...................... 57Levantamiento Estático Rápido ......... 56Levantamiento Parar y Seguir ............ 57Línea base ......................................... 48Línea de rumbo .................................. 56Locales ............................................... 29Longitud ........................................ 28, 54Longitud de Banda ............................. 48

MMediciones diferenciales ................... 50Meridiano ............................................ 54Meridiano Central ......................... 36, 37Método de Interpolación ..................... 33Método de Un Paso ............................ 33Método Stepwise ................................ 33Modo cuadrático de recepción ........... 57Modulación binaria bifásica ............... 48Multitrayectoria .............................. 16, 54

NNAVSTAR ........................................ 5, 54NMEA .................................................. 54

OOndulación geoidal ................ 30, 33, 52


PParalelo estándar ............................... 37PDOP ...................................... 17, 51, 55Portadora ............................................ 49Posicionamiento diferencial .............. 50Posicionamiento puntual ................... 55Posicionamiento relativo .................... 56Post proceso ...................................... 55Proyección .......................................... 34Proyección Lambert ........................... 53Proyección Transversa de Mercator .. 58

RRadio enlace ...................................... 45Rango ................................................. 55Rango de error del usuario (UERE) .. 58Receptor de Referencia ..................... 20Receptor móvil ................................... 20Reloj (del satélite y del receptor) ....... 16Reloj del satélite y del receptor .......... 16Resolución de Ambigüedades .... 22, 24Retraso de la propagaciónatmosférica ......................................... 48Retraso de la propagación ................ 55Retraso del reloj 49Retraso ionosférico ...................... 14, 53

RINEX ................................................. 56RTCM ............................................ 21, 56RTK ......................................... 39, 45, 56Rumbo ................................................ 48

SSalto de ciclo ...................................... 50Segmento de control ..................... 8, 49Segmento espacial ............................ 57Segmento usuario ............................. 58Servicio de posicionamiento estándar(SPS) .................................................. 57Servicio de Posicionamiento Preciso(PPS) .................................................. 55Seudolite ............................................ 55Seudorango ........................................ 55Sistema de coordenadas .................. 28Sitio ..................................................... 57Stepwise ............................................. 33Superficie equipotencial .................... 51

TTDOP .................................................. 51Técnicas de medición (GPS) ............. 39Tiempo GPS ....................................... 53

Tiempo medio de Greenwich (GMT) .. 53Tiempo Universal .............................. 58Topografía ........................................... 57Transformación ............................ 31, 58Transformación de coordenadas ...... 31Transformación de Helmert ............... 32Transit ................................................. 58Transversa de Mercator ..................... 35Traslocación ....................................... 58

UUn paso .............................................. 33Universal Transversa de Mercator ..... 36UTM ..................................................... 58

VVapor de agua .................................... 15Vapor de agua. ................................................................. Véase Fuentes de error

VDOP ............................................ 17, 51

WWGS .............................................. 84 58

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