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LOS SISTEMAS GNSS:
LA ÚLTIMA REVOLUCIÓN GEODÉSICA
Astronomía, Geodesia y Cartografía
Manuel Berrocoso Domínguez
Departamento de Matemáticas
Facultad de Ciencias. Universidad de Cádiz
GEODESIA ESPACIAL
UNIVERSIDAD INTERNACIONAL MENENDEZ PELAYO
INSTITUTO DE ESTADÍSTICA Y CARTOGRAFÍA DE
ANDALUCÍA
Sevilla, 23 y 24 de Octubre de 2012
ENCUENTRO SOBRE TECNOLOGÍAS DE POSICIONAMIENTO
ESPACIAL: DEL GPS AL GALILEO
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Laboratorio de Astronomía, Geodesia y Cartografía.
Universidad de Cádiz
GEODESIA ESPACIAL
Establecimiento de Superficies de
Representación Terrestre
(Forma y dimensiones de la Tierra)
Estudio del campo de gravedad externo y
de sus variaciones temporales
Establecimiento de sistemas y marcos de
referencia terrestres globales
Estudio de fenómenos geodinámicos
(movimiento del polo, mareas terrestres,
movimientos de la corteza, etc.)
¿Qué es la Geodesia?
Geodesia
Clásica
Geodesia
Espacial
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Laboratorio de Astronomía, Geodesia y Cartografía.
Universidad de Cádiz
GEODESIA ESPACIAL
Superficies de Representación Terrestre
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Laboratorio de Astronomía, Geodesia y Cartografía.
Universidad de Cádiz
GEODESIA ESPACIAL
Superficies de Representación Terrestre
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Laboratorio de Astronomía, Geodesia y Cartografía.
Universidad de Cádiz
GEODESIA ESPACIAL
Superficies de Representación Terrestre
Gauss
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Laboratorio de Astronomía, Geodesia y Cartografía.
Universidad de Cádiz
GEODESIA ESPACIAL
Geoide y Elipsoide de Referencia
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Laboratorio de Astronomía, Geodesia y Cartografía.
Universidad de Cádiz
GEODESIA ESPACIAL
Proyecciones Cartográficas
SISTEMA DE
PROYECCION
CARTOGRAFICO
Método Matemático
que establece una
correspondencia
entre la superficie
terrestre y el plano
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Sistemas Geodésicos Clásicos
Sistema Geodésico Clásico o DATUM
DATUM HORIZONTAL (Medidas angulares)
Punto Fundamental (, )
Elipsoide tangente al Geoide
DATUM VERTICAL (Medidas verticales)
Cota cero
Sistema
Fundamental
Sistema Inercial
Laboratorio de Astronomía, Geodesia y Cartografía.
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GEODESIA ESPACIAL
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Laboratorio de Astronomía, Geodesia y Cartografía.
Universidad de Cádiz
GEODESIA ESPACIAL
Sistemas Geodésicos Clásicos
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Sistemas Geodésicos Clásicos
Laboratorio de Astronomía, Geodesia y Cartografía.
Universidad de Cádiz
GEODESIA ESPACIAL
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Sistemas Geodésicos Clásicos
Laboratorio de Astronomía, Geodesia y Cartografía.
Universidad de Cádiz
GEODESIA ESPACIAL
North American Datum
Clarke 1866
South American Datum
International
Arc Datum
Clarke 1880
European
Datum
International
Tokyo Datum
Bessel
Problemática
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Sistemas Geodésicos Clásicos
Laboratorio de Astronomía, Geodesia y Cartografía.
Universidad de Cádiz
GEODESIA ESPACIAL
Datum de la Península Ibérica
European Datum 1950, E. D. 50
Superficie de referencia: Elipsoide de Hayford
Origen del datum: Potsdam (Alemania)
Origen de longitudes: Meridiano de
Greenwich
Cota ortométrica: Nivel medio del mar (MSL)
en Alicante
Latitud y longitud
geodésica
Altura ortométrica
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Laboratorio de Astronomía, Geodesia y Cartografía.
Universidad de Cádiz
GEODESIA ESPACIAL
Proyecciones Cartográficas
SISTEMAS
GEODÉSICOS
CLÁSICOS
COORDENADAS PLANAS Y “ALTURA”
PRODUCTOS CARTOGRÁFICOS
PROYECCIONES
CARTOGRÁFICAS
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Laboratorio de Astronomía, Geodesia y Cartografía.
Universidad de Cádiz
GEODESIA ESPACIAL
Sistemas Geodésicos Espaciales
1957-Sputnik
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Laboratorio de Astronomía, Geodesia y Cartografía.
Universidad de Cádiz
GEODESIA ESPACIAL
Establecimiento de Superficies de Representación
Terrestre (Forma y dimensiones de la Tierra)
Estudio del campo de gravedad externo y
de sus variaciones temporales
Establecimiento de sistemas y marcos de
referencia terrestres globales
Estudio de fenómenos geodinámicos
(movimiento del polo, mareas terrestres,
movimientos de la corteza, etc.)
¿Qué es la Geodesia?
Geodesia
Clásica
Geodesia
Espacial
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Laboratorio de Astronomía, Geodesia y Cartografía.
Universidad de Cádiz
GEODESIA ESPACIAL
Sistemas Geodésicos Espaciales
Satélites Balísticos
Satélites TRANSIT
Satélites SLR
Sistema VLBI
Sistemas GNSS
Satélites y Técnicas Geodésicas Espaciales
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Laboratorio de Astronomía, Geodesia y Cartografía.
Universidad de Cádiz
GEODESIA ESPACIAL
SISTEMAS GNSS (Global Navigation Satellite System)
GPS GLONASS
Galileo
Soluciones EGNOS (Europa),
WAAS (USA), MSAS (Japón)
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Laboratorio de Astronomía, Geodesia y Cartografía.
Universidad de Cádiz
GEODESIA ESPACIAL
SISTEMAS GNSS (Global Navigation Satellite System)
Sistemas pasivos de navegación basado en satélites
Proporcionan un marco de referencia espacio-temporal con
cobertura global
Independiente de las condiciones atmosféricas
Operatividad continua en cualquier lugar de la Tierra o en sus
proximidades
Disponible para cualquier número de usuarios.
SOLUCIONAN EL PROBLEMA DEL
POSICIONAMIENTO (CON MUCHOS MATICES)
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Laboratorio de Astronomía, Geodesia y Cartografía.
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GEODESIA ESPACIAL
¿Cómo?
A
B
Técnicas de Posicionamiento GNSS
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Laboratorio de Astronomía, Geodesia y Cartografía.
Universidad de Cádiz
GEODESIA ESPACIAL
Solución de Navegación
(X , Y , Z ) E E E
(X , Y , Z ) S S S
Solución en Tiempo Real
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Laboratorio de Astronomía, Geodesia y Cartografía.
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GEODESIA ESPACIAL
LIMITACIONES DE ESTA TÉCNICA
Efemérides SV
Osciladores SV&RC
Atmósfera
Centro de fase de antena
Pérdidas de ciclos
Efectos relativistas
Efecto de reflexión de la señal
Interferencias
INHERENTES al Sistema
Disponibilidad Selectiva
Antispoofing
INDUCIDAS
Precisión
del orden de metros
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Laboratorio de Astronomía, Geodesia y Cartografía.
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GEODESIA ESPACIAL
Algunas soluciones a estas limitaciones
Efemérides de los satélites: IGS
Errores de los osciladores de los satélites: mensaje de navegación
Efectos ionosférico y troposférico: modelos numéricos, combinaciones de las frecuencias
Corrección del centro de fase de antena: calibraciones
Pérdidas de ciclos: cálculo de ambigüedades y reconstrucción de la señal
Regularidad en la geometría de los satélites: selección de configuraciones
Efectos relativistas: emisión de la señal corregida
Efecto de reflexión de la señal: antena choke-ring
Obstáculos y emisión de radiofrecuencias en el entorno de la estación: control de calidad
Inestabilidad de estaciones: control de calidad
y un largo etcétera (medida errónea de la altura de la antena): dispositivos ex-profeso
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Laboratorio de Astronomía, Geodesia y Cartografía.
Universidad de Cádiz
GEODESIA ESPACIAL
Posicionamiento Relativo
Precisión milimétrica ó
centimétrica
Limitaciones al método
Estación de referencia (X, Y, Z)
Solución a posteriori
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ITRF2005 Red IGS
Red EUREF
Red RAP
Laboratorio de Astronomía, Geodesia y Cartografía.
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GEODESIA ESPACIAL
Posicionamiento Relativo
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Laboratorio de Astronomía, Geodesia y Cartografía.
Universidad de Cádiz
GEODESIA ESPACIAL
ITRF2008
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ITRF2008
Laboratorio de Astronomía, Geodesia y Cartografía.
Universidad de Cádiz
GEODESIA ESPACIAL
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Laboratorio de Astronomía, Geodesia y Cartografía.
Universidad de Cádiz
GEODESIA ESPACIAL
ITRF2008
CONCEPTO DE RED GEODÉSICA VINCULADA A UNA PLACA TECTÓNICA
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Laboratorio de Astronomía, Geodesia y Cartografía.
Universidad de Cádiz
GEODESIA ESPACIAL
ITRF2008
RED IGS2008
IGB2008
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Limitaciones del Método
Precisión dependiente de la distancia
Infraestructura para emisión de correcciones
Necesidad de estación de referencia precisa
Exigencia de estabilidad a las comunicaciones
Laboratorio de Astronomía, Geodesia y Cartografía.
Universidad de Cádiz
GEODESIA ESPACIAL
SOLUCIÓN DIFERENCIAL (DGNSS-RTK)
A
B Posición de navegación en la
estación UCAD
Precisión centimétrica
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Laboratorio de Astronomía, Geodesia y Cartografía.
Universidad de Cádiz
GEODESIA ESPACIAL
Redes RTK
I-MAX (Individualized MAX)
VRS (Virtual Reference System)
MAX (Master Auxiliary)
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Laboratorio de Astronomía, Geodesia y Cartografía.
Universidad de Cádiz
GEODESIA ESPACIAL
Redes RTK
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Redes RTK
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Redes RTK
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Redes RTK
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A
B
Métodos de Posicionamiento GNSS
Solucionar el posicionamiento
preciso (milimétrico/centimétrico)
SOLUCIÓN PPP
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¿PORQUÉ LOS SISTEMAS
GNSS SUPONEN
UNA REVOLUCIÓN
CONCEPTUAL Y
METODOLÓGICA
EN LA GEODESIA?
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Geodesia Clásica
Establecimiento de un Sistema Geodésico Global
Revolución Geodésica Conceptual y Metodológica
Geodesia Clásica
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Acceso directo al Elipsoide de Referencia
Revolución Geodésica Conceptual y Metodológica
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Conjunto de estaciones con coordenadas absolutas y
sus velocidades
Elipsoide de Referencia
Modelo geopotencial
Constantes Físicas (Masa de la Tierra, velocidad de la luz,
etc.)
DATUM ESPACIAL
Coordenadas elipsódicas
Revolución Geodésica Conceptual
y Metodológica
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Revolución Geodésica Conceptual
y Metodológica
ITRF2008
1 técnica 2 técnicas 3 técnicas 4 técnicas
GPS, VLBI, SLR-LLR y DORIS
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Enlace entre los sistemas
celestes y los sistemas
terrestres
Revolución Geodésica Conceptual
y Metodológica
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Revolución Conceptual
y Metodológica
Concepto de Red Geodésica vinculado a Placa Tectónica
Revolución Geodésica Conceptual
y Metodológica
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Red IGS (International GNSS Service)
Marco de Referencia IGS08
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Sistema de Referencia Terrestre Europeo (ETRS89)
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Revolución Geodésica Conceptual
y Metodológica
Popularización Tecnológica de la Geodesia Espacial
Sistemas GNSS (Global Navigation Satellite System)
SV GPS SV GLONASS
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Revolución Geodésica Conceptual
y Metodológica
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Aplicaciones Científicas y Tecnológicas de los Sistemas GNSSS
Revolución Geodésica Conceptual
y Metodológica
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Aplicaciones de los Sistemas
Espaciales GNSS
Relación entre sistemas de referencia globales
Estudios sobre la Rotación Terrestre
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Aplicaciones de los Sistemas
Espaciales GNSS
Estudios sobre la Geodinámica Global Terrestre
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Aplicaciones de los Sistemas
Espaciales GNSS
Estudios sobre la Geodinámica Global Terrestre
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Aplicaciones de los Sistemas
Espaciales GNSS
Estudios en bordes de placa y en zonas anómalas
intraplacas (fallas activas, volcanes,...)
ERT’A ALE (ETIOPIA)
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Aplicaciones de los Sistemas
Espaciales GNSS
Influencia del campo gravitatorio en las órbitas de los
satélites artificiales
Establecimiento de anomalías gravimétricas en función
de las perturbaciones orbitales
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Aplicaciones de los Sistemas
Espaciales GNSS
Obtención de modelos
atmosféricos globales,
regionales y locales y sus
aplicaciones: refracción
atmosférica, modelos
ionosféricos y troposféricos
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Aplicaciones de los Sistemas
Espaciales GNSS
EGM96 (NASA)
Calibraciones de modelos globales y regionales de Geoide
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Aplicaciones de los Sistemas
Espaciales GNSS
Obtención de modelos de geoide de precisión subdecimétrica
Aplicaciones oceanográficas para el estudio de la variabilidad del
nivel del mar
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Aplicaciones de los Sistemas
Espaciales GNSS
VNIR
Infrarrojo
Térmica
Distribución
de calor
QUICKBIRD
Georreferenciación de Productos de Sensores
Remotos y Satélites Altimétricos
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Aplicaciones de los Sistemas
Espaciales GNSS
Actualizaciones Cartográficas, Modelos Digitales y sistemas SIG
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SISTEMAS
GEODÉSICOS
CLÁSICOS
SISTEMAS
GEODÉSICOS
ESPACIALES
COORDENADAS
ELIPSÓDICAS
GLOBALES
PRODUCTOS CARTOGRÁFICOS
COORDENADAS PLANAS Y “ALTURA”
Las Proyecciones Cartográficas
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RELACIÓN PRECISA DE MODELOS DE REPRESENTACIÓN
TERRESTRE MATEMÁTICOS Y FÍSICOS
Perspectivas