gps geomatica
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SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL (GPS)
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Ing. Solórzano
SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL
SISTEMAS DE REFERENCIA
1. GEODESIA
2. MODELOS TERRESTRES
2.1. Superficie Real
2.2. Modelos Físicos
2.3. Modelos Geométricos
2.4. Modelos Matemáticos
3. ELIPSOIDE TERRESTRE
4. DATUM
5. GPS
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SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL
1. GEODESIA
Es la ciencia que tiene por objeto determinar la
forma y las dimensiones de la tierra así como los
parámetros que definen el campo de gravedad.
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SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL
2. MODELOS TERRESTRES
2.1 Superficie Real. Está constituida apenas por las
partes sólidas, se encuentra en contacto con la
troposfera, es totalmente irregular, no puede ser
representada en forma matemática, su forma no
es rígida es variable.
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SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL
2.2 Modelos Físicos. Es la representación de la Tierra
donde se toma en consideración los efectos de la
fuerza de la gravedad, los efectos de la fuerza
centrífuga, y la fuerza gravitacional, siendo
generadas superficies equipotenciales.
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SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL
2.3 Modelo Geométrico.
GEOIDE
Es el geope cuyo potencial coincide con elpotencial del nivel medio del mar, se suponehomogéneo, libre de perturbaciones de cualquiernaturaleza, en reposo y por lo tanto sujeto apenasa la acción de la fuerza de la gravedad, no poseerepresentación matemática definida por lo queexisten algunas aproximaciones, siendo una deellas la superficie media del mar prolongada a loscontinentes. Esta superficie es denominada NivelMedio del Mar (NMM)
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SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL07
EL GEOIDE
SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL
2.4 Modelos Matemáticos Constituido por el empleo de
figuras geométricas con representaciones matemáticas,
así tenemos:
a. Elipsoide Escaleno.
b. Elipsoide de revolución.
c. Esfera.
d. plano
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SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL
3. ELIPSOIDE TERRESTRE
SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL
Se ha determinado que la figura que más se aproxima a la
forma de la Tierra es un ELIPSOIDE DE REVOLUCIÓN, (un
elipsoide de revolución es una figura generada por la
rotación alrededor de su eje menor). En esta superficie se
puede hacer mediciones de distancias, curvaturas, áreas,
etc. Por ser una figura analítica
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SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL10
Relación entre el
SUPERFICIE REAL
GEOIDE
ELIPSOIDE
SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL
4. DATUM
Un Datum es un modelo matemático que intentaaproximar la forma de la superficie de la tierra (que comosabemos no es una esfera regular), normalmente a travésde un elipsoide, en una zona determinada, y permitecalcular posiciones y áreas de una manera consistente yprecisa.
Cada datum se compone de un modelo matemático yde un punto, llamado Fundamental, en el que lascoordenadas astronómicas (las del elipsoide) y lasgeográficas (las de la Tierra) coinciden. El datum estárepresentado físicamente por un entramado dereferencias base en la Tierra cuyas posiciones han sidoescrupulosamente medidas y calculadas para esadeterminada zona.
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SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL12
DATUM LOCAL:
Es la mejor aproximación
De la forma y tamaño de
una determinada área.
El centro del elipsoide NO
coincide con el centro de
masa de la Tierra.
Ejemplo:
• Australian Geodetic 1966
• Provisional South American
1956
• South America 1969
SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL
Datum
Geocéntrico
Es la mejor
representación de la
forma y tamaño de la
Tierra como un todo. El
centro del elipsoide
coincide con el centro
de masa.
Ejemplo
WGS 84
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SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL
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GPS
1. HISTÓRICO DE LAS TÉCNICAS DE POSICIONAMIENTO
5. ¿ Qué es GPS ?
Este sistema proporciona, a nivel mundial, en todas
las condiciones atmosféricas y durante las 24 horas,
información sobre posición y tiempo.
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El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) es una
constelación de satélites que gira alrededor de la
Tierra. El Gobierno de Los Estados Unidos
mantiene el programa, el cual tiene como objeto
definir las posiciones geográficas en y sobre la
superficie de la tierra.
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Segmento Espacial
Segmento de Control
Segmento para Usuarios
El Programa está compuesto de tres segmentos
La precisión del posicionamiento con GPS
varía desde metros hasta centímetros,
dependiendo del equipo y técnicas utilizadas.
¿ Precisión del GPS ?
SEGMENTO ESPACIAL
24 satélites
6 planos con 55° de
inclinación respecto al
Ecuador
Cada plano tiene 4 ó
5 satélites
2 frecuencias para
difusión de posición y de
información sobre tiempo
La constelación tiene
suplementos
Orbita muy alta
20,200 km
1 revolución en
aproximadamente 12
horas Siderales ( 1 hora
con 58 minutos)
Para precisión
Supervivencia
Cobertura
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SEÑALES GPS19
Se requieren al menos 4 satélites para el
posicionamiento en 3 dimensiones
* Velocidad de la señal
300,000 Km/seg.
* Tiempo en recibir
La señal: 0.07 Seg.
20
* 120 * 154
L1
1575.42 Mhz
Código P
10.23 Mhz
Código C/A
1.023 Mhz10.23 Mhz
Código P
Frecuencia Fundamental
10.23 Mhz
L2
1227.60 Mhz
FRECUENCIAS GPS
Cada Satelite transmite en dos
Frecuencias:
Segmento de Control 21
Estación de Control Maestra
Estación Monitora
Antena Terrestre
Colorado
Springs
Hawaii Ascension
Islands
Diego
Garcia
Kwajalein
Monitor y control
Segmento Usuario22
Comprende un número ilimitado de receptores que
reciben las señales y calculan la posición instantánea y
otros datos de navegación.
INTEGRA TODOS LOS USUARIOS CIVILES Y MILITARES
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Receptores de navegación
Los receptores de navegación
funcionan solos (en modo natural).
Miden distancias a partir de la
medición del tiempo de trayectoria de
la onda del emisor al receptor.
Estos receptores son pequeños
instrumentos portatiles y
autónomos. Dan en tiempo real la
posición del receptor hasta unos
10 metros de precisión.
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Receptores geodésicos
Estos receptores funcionan en modo
diferencial (dos receptores al mismo
tiempo).
Estos receptores están constituidos de:
* una antena,
* un trípode,
* un colector separado enlazado
por un cable a la antena.
En este modo, los cálculos de posición
están generalmente efectuados después
de las mediciones (Post-proceso) por la
comprobación de las informaciones
registradas con cada receptor.
SEGMENTO DEL USUARIO
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Precisión del GPS
La precisión del posicionamiento con GPS varía desde 1
centímetro hasta unos metros, dependiendo del equipo y
las técnicas de medición utilizadas.
Cada aplicación tiene su precisión:
navegación espacial, marítima o
terrestre, topografía, observación de
embalse hidráulico, tectónica de las
placas,...
Según la aplicación, utilizamos un receptor de navegación o
un receptor geodésico.
SEGMENTO DEL USUARIO
Unificación de tres
Segmentos26
Segmento Espacial24 Satélites
Control GPSColorado Springs
La Efemérides Actual se Transmite a los Usuarios
Estaciones de
Monitoreo• Diego Garcia
• Ascension Island
• Kwajalein
• Hawaii End
User
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LAS ESTACIONES DE CONTROL Y LOS
SATELITES POSEEN 4 RELOJES ATOMICOS
* 2 RELOJES DE CESIO
* 2 RELOJES DE RUBIDIO
Estables por largo tiempo, pierde un segundo por cada
300,000 años.
Precisión de 0.0000000000001 Seg.
Estables por corto tiempo, pierde un segundo por cada
30,000 años.
Precisión de 0.000000000001 Seg.
Costo de los relojes: $ 100,000 cada uno.
RELOJES DEL SISTEMA
FUENTES DE ERRORES 28
Disponibilidad Selectiva (AS)
Anti Spoofing (Antiespionaje SA)
Error de la Ionósfera
Error de la Tropósfera
Error de Multitrayectoria
Pérdidas de Ciclo
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SA degrada la precisión en una posición relativa de 100 metros
Error intencional introducido por el Departamento de
Defensa de los EE.UU.
DISPONIBILIDAD SELECTIVA
Antiespionaje es codificar el código P, para prevenir su
uso de transmisiones falsas por el enemigo.
ANTI SPOOFING
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ERROR DE LA IONOSFERA
Capa Atmosférica entre
los 100 y 1000 Kms. donde las
radiaciones solares ionizan moléculas
gaseosas que liberan electrones
ERROR DE LA TROPOSFERA
Capa de la Atmósfera compuesta
por aire seco y vapor de agua,
empieza en la superficie de la tierra
hasta los 40 Kms. encima de ella.
ERROR ATMOSFERICOS
ERROR DE MULTITRAYECTORIA31
Efectos de Multitrayectoria en la Señal GPS
Antena
GPS
Superficie Dura
• Evite Superficies Reflexivas
• Use una Antena Terreste
• Use un Receptor Multitrayectoria de Rechazo
Satélite
PERDIDA DE CICLO32
•Las pérdidas de ciclos o (cycle slip) suponen un salto en el registro de las medidas
de fase por:
•Intercepción o perdida de la señal enviada por el
satélite (árboles, edificios, montañas)
•Baja calidad de la señal, SNR (calidad señal-ruido)
debido a una baja elevación del satélite, malas
condiciones ionosféricas, multipath, etc.
•Mal
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ERROR EN LAS EFEMERIDES
ERROR DE POSICIÓN DEL
SATÉLITE CAUSADO POR
FENÓMENOS COMO:
ATRACCIÓN GRAVITACIONAL
DE LA LUNA Y EL SOL
PRESIÓN DE LA RADIACIÓN
SOLAR
EFECTOS MAGNÉTICOS
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DISTANCIA HASTA EL
SATÉLITE ESTÁ EN FUNCIÓN
DEL TIEMPO
ERRORES EN LOS
RELOJES PUEDEN CAUSAR
ERRORES DE DISTANCIA
EL CUARTO SATÉLITE
REDUCE LOS ERRORES DE
RELOJ
ERROR DEL RELOJ
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DILUCIÓN DE LA
PRECISIÓN GEOMÉTRICA
GDOP
MÁS SEPARACIÓN ENTRE
SATÉLITES MEJORA LA
GEOMETRÍA Y LA SOLUCIÓN
DE POSICIÓN
MÁS CERCANOS ENTRE
LOS SATÉLITES PEOR SERÁ
SU GEOMETRÍA Y MÁS
POBRE LA SOLUCIÓN DE
POSICIÓN
GEOMETRIA DE LOS SATÉLITES
36Porqué Utilizamos Satélites
La Línea de Visión No EsNecesaria
Vector Calculado