presentacion 4 introd al gnnss

8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss

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Introducción al GNSS(Sistema Global de Navegación Satelital)

http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3//commons.wikimedia.org/w/index.php?title=File:Flag_of_Europe.svg&page=1


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•Descripción del Sistema GPS

•Clasificación Según su Aplicación

• Ventajas del Sistema GPS

•Limitaciones del Sistema GPS

•Los Sistemas de Navegación GNSS.

•Sistemas de Ampliación

•Navstar

•Glonass

•Galileo

•Compass

•Gagan

Introducción al Sistema GNSS


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Introducción al Sistema GPS


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Global P ositioning S ystem

Sistema de Posicionamiento Global

Sistema puesto en servicio (1978 ) y administrado por el Departamento de Defensade los E. U. A. Usa la constelación NAVSTAR ( NAV igation S ystem Time AndR ange ) Sistema de Navegacion que proporciona tiempo y distancia y sirve paraproveer al usuario de información de alta precisión de:

· Navegación

· Ubicación exacta en 3D· Tiempo (Sincronización)

GPS

Introducción al Sistema GNSS


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Constelación de 32 Satélites.

• 28 Satélites disponibles,• 4 Satélites de Reserva,• Ubicados en 6 planos orbitales,• 55° de inclinación,

• Angulo de separación 60°,• 20,200km de altura orbital,• 12 horas de período orbital,• Visibles entre 4 y 5 horas,• Vida Útil de 7.5 años,• Relojes atómicos deCesio-Rubidio,

• Precisión nanosegundo(mil millonésima parte de unsegundo)0.000 000 001 segundos.

Componentes del Sistema GPS

Segmento Espacial:

Ecuador 55°

Descripción del Sistema GPS


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Estado Actual

NAVSTAR es manejado por el Departamento de Defensa de los Estados

Unidos, a través del Join Program Office (JPO) y se reserva el derecho debloqueo de la señal del GPS.El sistema puede ser utilizado libremente por usuarios civiles en todo elmundo a partir de la decisión del gobierno estadounidense de levantar lamedida de degradación intencional de la señal (Disponibilidad selectiva) enmayo del año 2000


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11 Estaciones de Rastreoy monitoreo para realizar

la corrección de los relojes

de los satélites y de las

efemérides.

1. Colorado Springs

2. Ascensión

3. Diego García

4. Kwajalein

5. Hawaii

6. Washington DC

7. Ecuador8. Argentina

9. Inglaterra

10. Bahrain

11. Australia

Componentes del Sistema GPS.

Segmento Control:



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Componentes del Sistema GPS. Segmento Usuario:

Recibe las señales de los satélites y las utiliza para calcular laposición de un punto o móvil.

Procesador:

Convierte los datos en una posicióntridimensional y almacena la informaciónobtenida.

Receptor: Registra los datos transmitidos ycalcula la distancia receptor-satélite.

Antena: Recibe la señal de lossatélites.



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D = V x T

Mediciones de GPS con Código.

(Pseudo-Rangos o Pseudo-Distancias)

La Distancia es calcula po r la diferencia de

t iempo y la velocidad de transm isión d e la

señal de GPS.

Distancia = Velocidad X TiempoD= V x T

T = 10:25:30.1212-10:25:30.1901

T = 0.06873 seg.

D = 300,000 Km /seg . X ( 0.0687 seg . )

D = 20610 Km .

Vel. de Transm isión:

300,000 Km /seg.

10:25:30.12120

10:25:30.18993



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Mediciones de GPS con Fase Portadora.

La Distancia es calcula po r medio d el

num ero de c ic los rec ib idos y estos son

mu lt ip l icados por la longi tu d de onda.

Lo ng . de Onda en L1 = 19.05 cm .

Lo ng . de Onda en L2 = 24.45 cm .

Distancia = No. de ciclos X Long. De Onda

D= No. Ciclo x L O

Ejemplo:

No. De cic los recib ido s = 108188976.4D = 108188976.4 x 19.05 cm

D = 20610 K m .

No. de cic los

recibidos

10:25:30.1212

10:25:30.1901



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X=

Y=

Z=

Coordenadas en sistema WGS-84

X=Y=

Z=

X=Y=

Z=

X=

Y=

Z=

X=

Y=

Z=

Posicionamiento Puntual - absoluto


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P = Posición Verdadera

En teoría la posición de un punto

puede tener una exactitud de 1 a 10

metros utilizando el código C/A

P

1 a 3 m

Posicionamiento Puntual - absoluto

C/A" (Coarse Acquisition) o de"Adquisición Común"


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GPS no trabaja en unlaboratorio.

Trabaja en un mundo realel cuál tiene una serie defuentes de error.


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• Modelo del reloj del Satélite

• El tiempo es una parte muy crítica para el GPS, y aún cuando

son usados relojes atómicos, estos estan sujetos a pequenas

imprecisiones de tiempo, y estas imprecisiones se traducen en errores

de posición.

• Incertridumbres en la Órbita

• La posición de los satélites en el espacio es también una parte

importante, ya que esta es el inicio de todos los cálculos.

•

Se desvía un poco de sus órbitas predefinidas.

Fuentes de Error

Errores en los Satélites.


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• Los satélites GPS transmiten vía ondas de radio

la información de su tiempo y se asume que estas

senales de radio viajan a la velocidad de la lúz.

• Estas senales deben viajar a través de las diversas

capas que forman parte de la atmosfera.

• Al pasar por las diferentes capas, la senal sufre

retrazos.

• Estos retrazos se traducenen un error en el

cálculo de la distancia entre el satélite y el

receptor

20180 Km

200 KmIonósfera

50 Km

Tropósfera

Fuentes de Error

Errores de Observación.


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• La Ionósfera

Fuentes de Error

Errores de Observación.

La ionosfera es la capa de laatmósfera ionizadapermanentemente debido a la

fotoionización que provoca laradiación solar

se extiendeaproximadamente entre los80 km y los 500 km dealtitud

http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/59/Propagaci%C3%B3n_por_onda_ionosf%C3%A9rica.svg


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Predicción de la Radiación Solar.


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• Cuando la señal GPS llega a la superficie

de la Tierra, esta puede reflejarse en

varios objetos.

• Primero la antena recibe la senaldirectamente, un poco mas tarde recibe

la senal que ha sido reflejada en alguna

obstrucción.

Fuentes de Error

Multi-Trayectoria.


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• Los errores producidos por el centrado

de la antena se deben a una deficiente

nivelación del receptor y a descuido del

operador. La altura de la antena debe

medirse cuidadosamente antes y después

de la observación

Fuentes de Error

Centrado de la antena.


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• La reducción en la presición por

esta causa se elimina buscando

mayor volumen en el tetraedro

formado por los vectores que vande la estación receptora a los

satélites y ángulos diferentes entre

esos vectores en la estación.

Fuentes de Error

Deficiente geometría de los satélites.


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0

100

200

300

400

M

e t r o s

User Equivalent Range Errors. (UERE)


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¿Cómo se puede mejorar

la Precisión?

Utilizando el

GPS Diferencial


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10 ° 10 °

Angulo de Corte = Angulo de Elevación.


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Es un indicador de la incertidumbre de una posición con respecto a lageometría de los satélites

Es un indicador de la fuerza de la figura formada por los satélites rastreados enel momento de la medición

GDOP (Geométrica)

Inlcuye Lat, Lon, Altura y Tiempo PDOP (Posición)

Incluye Lat, Lon y Altura

HDOP (Horizontal)

Incluye Lat y Lon

VDOP (Vertical) Incluye altura sólamente

GDOP Bueno

Perdida de Precisión (DOP).


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Es un indicador de la incertidumbre de una posición con respecto a lageometría de los satélites

Es un indicador de la fuerza de la figura formada por los satélites rastreados enel momento de la medición

GDOP (Geométrica)

Inlcuye Lat, Lon, Altura y Tiempo PDOP (Posición)

Incluye Lat, Lon y Altura

HDOP (Horizontal)

Incluye Lat y Lon

VDOP (Vertical) Incluye altura sólamente

GDOP Pobre

Perdida de Precisión (DOP).


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X=

Y=

Z=

X=Y=

Z=

X=Y=

Z=

X=, Y=, Z=

X=

Y=Z=

X=

Y=

Z=

Posicionamiento Diferencial.


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GPS Diferencial.

Se determina una posición a partir de otra conocida.

Línea Base Línea Base

Punto a medirPunto conocido

X, Y , ZPunto a medir



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GPS Diferencial.

Posición relativaentre dos o más

estaciones GPS.

•Elimina los erroresen los relojes y enlas efemérides.

•Elimina los efectosatmosféricos.



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•Diferencial en Post - Proceso•Solución u obtención de las coordenadas en proceso

posterior.

•Diferencial en Tiempo Real•Obtención de las coordenadas al instante.

GPS Diferencial



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Post Proceso

GPS Diferencial



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Programa de Pos - proceso:

•Cálculo de la posición.•Métodos diferenciales.•Transformación de Coordenadas.•Exportación / Importación de datos.• Ajuste de Redes.

GPS Diferencial

Post Proceso



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Procesador: Convierte los datos en unaposición tridimensional y almacena lainformación obtenida.

Receptor: Registra los datos transmitidos ycalcula la distancia receptor-satélite.

Antena: Recibe la señal delos satélites.

GPS Diferencial de Tiempo Real

Radio módem: Establece el radio enlaceentre las estaciones.

Posicionamiento Diferencial. RTK


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Precisión (línea base):0.50m a 1m. (superior a 100km)

GPS Diferencial de Tiempo Real de Código

La Estación de Referencia:

• Ubicada en un punto conocido

• Rastreo de todos los satélites disponibles.

• Calcula las correcciones de las coordenadas.

•

Mediante el radio enlace transmite los valores de lascorrecciones de las coordenadas.

La Estación móvil :

• Recibe los valores de las correcciones mediante el

radio enlace..

• Aplica los valores de corrección para dar su posicióncorrecta.



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GPS Diferencial de Tiempo Real de Fase

Precisión (línea base): 1cm a 2 cm + 2ppm. (hasta 50km)

La Estación de Referencia:

• Ubicada en un punto conocido

• Rastreo de todos los satélites disponibles.

• Mediante el radio enlace transmite las mediciones GPS

y las coordenadas de la estación de referencia.

La estación móvil :

• Recibe las mediciones GPS y las coordenadas de la

estación base mediante el radio enlace.

• La estación móvil se hace cargo del cálculo para la

solución de ambigüedades.



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•Geodesia

•Topografía

•SIG/GIS

•Navegación Profesional

•Navegación Personal

•Sincronización

Aplicaciones del Sistema GPS

Clasificación según su Aplicación.


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•Receptores de doble frecuencia.•40 o 72 Canales•Robustos.•Más Precisos.•Miden Código y Fase Portadora.•Medición de distancias largas (500 Km.. por ejemplo).

Precisión de la línea base:

3mm + 0.5 ppm Método Estático relativo diferencial

5mm + 0.5 ppm Método Estático Rápido10 a 20 mm + 1 ppm Método Cinemático5mm + 0.5 ppm en Tiempo Real.

Receptores Geodésicos.

Geodesia



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•Receptores de una frecuencia.•40 o 72 Canales•Más ligeros que los geodésicos.

•Menor precisión.•Miden Código y Fase Portadora.•Medición poco frecuente de distancias largas (hasta 100km).

Precisión de la línea base:

10mm + 2 ppm Método Estático relativo diferencial15 a 30 mm + 2 ppm. Método Cinemático30 a 50 cm Método DGPS

Topografía

Receptores Topográficos



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•Receptores de una frecuencia.•De mano.•Menor precisión.•Miden Código y solo algunos modelos miden Fase Portadora.•Medición poco frecuente de distancias largas (hasta 20km).

Precisión de la línea base con mediciones de pseudo rango (código):

0.30 a 0.50 metros, Método Estático relativo diferencial0.50 a 1.0 metros, Método Cinemático.0.30 a 0.50 metros, Método DGPS

Sistemas de Información Geográfica

Receptores GPS/SIG



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•Receptores de una frecuencia.•De mano.•Baja precisión.•Miden Código Únicamente.•Equipos para proveer ubicación a vehículos terrestres, aéreos ymarítimos.

Precisión de la ubicación:

3 a 10 metros.0.50 a 1 metros con DGPS(RADIOFARO - RACAL – OMNISTAR-WAAS).

Receptores para la Navegación Aérea o Marítima.

Navegación Profesional



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•Receptores de una frecuencia.•De mano.•Baja precisión.

•Miden Código Únicamente.•Equipos para proveer ubicación a Personas.

Precisión de la ubicación:

3 a 10 metros.

Navegación Personal



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•Receptores de una frecuencia.•Receptores robustos y/o para montaje en gabinetes de control

•Base de tiempo de mayor exactitud.•Precisión Autónoma ( Promedia Posición de 24 a 72 Hrs.)•Miden Código y Fase Portadora.•Múltiples salidas para sincronía y control de otros dispositivos.•Opción de trabajar con bases de tiempo: Atómica, Rubidio, Cesio y Cuarzo.

Precisión del Tiempo:

10 milisegundos o nanosegundos con relojes de Rubidio.

Receptores para la Sincronización.Sincronización



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•No es necesaria la visibilidad entre estaciones.•Selección de sitio independiente de la red.•Reducción del número de sitios.•Beneficios ambientales.•Independiente del clima.•Operación diurna y nocturna.•Operación sencilla.• Amplia gama de aplicaciones.•Precisión Geodésica.

•Significativamente más rápido.• Ventajas económicas.

Ventajas vs Equipo convencional

Ventajas….


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•Mediciones a cielo abierto.

•Obstrucciones:· Interferencia Electromagnética.

· Edificios y construcciones.· Cerros y montañas.· Follaje.

Limitaciones vs Equipo convencional

Limitaciones….


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Interferencia Electromagnetica.

Limitaciones….

GNSS


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GNSS

- Global Navigation Satellite Systems

- Comprende todas las tecnologías espaciales de

navegación incluyendo los sistemas deampliación

El F d l GNSS Si d A li ió


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•WAAS – Wide Area Augmentation System

(Sistema de ampliación del ancho del

area).

•Diseñado por la Administración de laAviación Federal (FAA) de U.S.A.para proveer el incremento necesario de

la señal de el GPS SPS (Standar

Positioning Service)utilizado en la

navegación para las operaciones en la Aviación

•Recibido en L1 por recpectores con

WAAS

•Provee DGPS

•Practicamente ningún beneficio para latopografía

•Solo L1 no en la doble frecuencia

•Código de baja precisión (+/- 3 m)

Las principales entidades que han

desarrollado actualmente sistemas

SBAS son:

- Estados Unidos: (WAAS)

- Europa (EGNOS)- Japón (MSAS).

Se encuentra en proceso de desarrollo:

- India (GAGAN)

- En proyecto:

- China (SNAS)

- Latinoamérica (SACCSA).

El Futuro del GNSS – Sistemas de Ampliación.

El F d l GNSS GLONASS


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Sistema Rusoequivalente al GPS.

El futuro del GLONASSestá garantizado.

Disponibilidad deSatélites y ciclo de vidaimpredecible.

15 de Enero 2010 (15Satelites Disponibles)

El Futuro del GNSS – GLONASS.

La constelación GLONASS es manejada porlas fuerzas espaciales rusas y tiene las

mismas aplicaciones civiles y militares que elsistema GPS. Está compuesto por 24satélites activos y 3 de reserva, situados a19100Km de la superficie terrestre con unperiodo orbital de 11 horas y 15 minutos.GLONASS monitorea en 3 planos de

referencia separados entre sí 120°.

Igualmente cuenta con 2señales de navegación: La

estándar (SP) y la de altaprecisión (HP). El sistemaentro oficialmente enoperación en septiembre de1993.

El F t d l GNSS G lil


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Que es Galileo ? Un Sistema Espacial de

Navegación basado y desarrolladobajo condiciones de la UniónEuropea

Inventado para ser un SistemaGlobal, optimizado para altaslatitudes Total compatibilidad con GPS Tecnología similar a GPS, ofreciendo

precisiones parecidas con la inclusiónde mensajes de integridad.

El Futuro del GNSS – Galileo.

Basado en el desarrollo de: Egnos(Sistema de aumentación basadoen satélites); proyecto comúnentre la agencia espacial de lacomisión europea y Eurocontrol(organización europea para laseguridad de la navegación aérea)



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Por que Galileo?

Creado como un sistema independiente evitando

problemas potenciales que puedan surgir de ladependencia del GPS y o GLONASS. 15 de Enero 2010.- 4 Satelites en Orbita. Sistema programado para entrar en 2013.




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Diseño Propuesto del Sistema Dos propuestas

21 MEO [Medium Earth Orbit] más 3GEO [Geo-stationary]

36 MEO plus 9 GEO Costo estimado de 2.2 to 2.9 billones de

Euros Expectativas de la precisión en elPosicionamiento Autónomo

+/- 4.4m Horiz (95%) +/- 7.7m Vert (95%)

Expectativa del pago de cuotas para lautilización por parte del usuario [??]




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1999 20042003200220012000 2005 2006 2007 2013

Operación

Implementación

del Sistema

Diseño del

Sistema

Desarrol lo de la

Tecno lo gía

Evaluación

en Orbita

Fase dedefinición

Línea de Tiempo.


2008

El Futuro del GNSS Compass


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Sistema de Navegación deCHINA. Actualmente 4 Satélites

Disponibles Funcional para el 2015. Constelación de 24 Satélites.

El Futuro del GNSS – Compass.

BEIDOU es un proyectodesarrollado por la RepúblicaPopular de China para obtenerun sistema de navegación porsatélite. A diferencia de los sistemas denavegación convencionales,Beidou usará satélites en órbitageoestacionaria.

El Futuro del GNSS Compass

http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3//commons.wikimedia.org/wiki/File:Geostat.gif


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http://www.insidegnss.com/compass

El Futuro del GNSS – Compass.

El Futuro del GNSS GPS


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Los futuros receptores incorporarán ambas tecnologías

Nuevos diseños de receptores, nuevos algoritmos,nuevos programas, etc..

El Futuro del GNSS – GPS.


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Formato de CambioIndependiente del Receptor(Receiver IndependentExchange format). Serie dedefiniciones estándar para

promover los cambios libresde datos GPS y facilitar el usode los datos desde cualquierreceptor GPS con cualquiersoftware. El formato incluyedefiniciones para tresobservables GPSfundamentales: tiempo, fase ydistancia.


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GRACIAS

presentacion 4 introd al gnnss

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