Sistema De Posicionamiento Global

GPS

INTEGRANTES

•CORDERO RAMIREZ MIGUEL ANGEL

•GONZALEZ LOPEZ JOSE MANUEL

•LIMON DIAZ JOSUE ALEJANDRO

•MELCHOR QUINTO MIGUEL

GPS (Global Positioning System)

• Inicia como investigación básica para la defensa militar de los Estados Unidos en 1973.

• Los sistemas antescesores fueron LORAN y TRANSIT.

• Fue declarado funcional en 1995.• La base de este sistema es la utilización de

satélites para ubicar puntos en la Tierra.

Funcionamiento del GPS.

El funcionamiento de este sistema consiste en 5 pasos sencillos que son:

1.- Trangulación.

2.- Distancia.

3.- Tiempo.

4.- Posición.

5.- Corrección.

Trangulación.

Consiste en utilizar los satélites en el espacio como punto de referencia y realizar una medición de nuestra distancia hacia al menos 3 satélites. La primera medión la hace un satélite formando una esfera respecto a su orbita siendo el centro de ésta el mismo satélite.

Triangulación.

La siguiente medión la realiza otro satelite formando otra esfera.

La última medión es realizada por el tercer satélite cortando a las dos esferas anteriores dando como resultado dos posiciones.

Distancia.

La medición de la distancia se lleva a cabo midiendo el tiempo que tarda una señal emitida por el satélite hacia el receptor del GPS.

(Tiempo de retardo)(Vel. de la luz)= Dist.

Para esto se requiere una buena sincronización.

Tiempo.

La medición del tiempo de viaje de una señal es la clave para el GPS, por esa razon los satelites cuentan con relojes exactisimo como lo son los relojes atómicos.

Para la sincronización del satélite y de un receptor de GPS, estos deben sincronizar su CODIGO PSEUDO ALEATORIO.

Para obtener una sincronización de nuestro receptor y el satélite, se realiza una medición adicional.

Posición.

Debido a la altura a la que encuentran los satélites(20,000km) es predecible su orbita.

Contínuamente es monitoreada la posición de los satélites.

Corrección.

Para minimizar el problema del ruido en un viaje a través de la atmosfera, una solución sería comparar la velocidad relativa de 2 señales diferentes.

Corrección.

Para disminur el error en la posición, se utiliza un principio llamado DILATACIÓN GEOMETRICA DE LA PRECISIÓN.

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA:

• El sistema Global de posicionamiento (GPS por sus siglas en inglés) es sistema de navegación compuesto de una red de 24 satélites a una altura de aproximadamente 20 000 Km. colocados en órbita por el departamento de defensa de los E.E.U.U. 

• El sistema permite el cálculo de coordenadas tridimensionales que pueden ser usadas en navegación o , para determinación de mediciones de precisión, provisto que se poseen receptores que capten las señales emitida por los satélites

• El GPS trabaja en cualquier condición atmosférica, en cualquier parte del mundo, las 24 horas al día. El uso de un GPS no tiene cargos mensuales o suscripción por el uso de la señal

• Existe una estación maestra de control (situada en Colorado Spring).Esta se encarga de calcular las efemérides de cada uno de los satélites.

• Hay 3 estaciones de carga:Están situadas en Diego García, Isla Ascensión, KwajaleinTransmiten datos (mensaje de navegación) y reciben las señales que los satélites envían a estas estaciones

• Además hay 5 estaciones monitoras.Reciben las señales transmitidas por los satélites y a partir de ellas obtienen información para poder calcular las efemérides de los satélites. Esta información es transmitida a la estación mestra de control que es la encargada de calcular las efemérides y obtener así la posición de los satélites con una posición muy buena.

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA:

• Los 24 satélites se están moviendo en órbita alrededor de la tierra a 12.000 millas sobre nosotros.

• Cada satélite hace dos órbitas completas en menos de 24 horas.

• Los satélites GPS son accionados por energía solar. Tienen baterías de reserva  para mantenerlos funcionando en caso de un eclipse solar o para cuando estan en la parte que es de noche.

• Una vez puesto el GPS en tu Vehiculo este se conecta a los satelites de Posicionamiento y calcula en que punto del planeta estas, asi mismo sabe a que velocidad vas, si estas elevandote, la hora y el dia de donde te encuentras y al mismo tiempo te dice que rumbo llevas.

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA:

• Su computadora de viaje te dice:Velocidad Actual ( Hasta 1600 Km/hr)Velocidad PromedioVelocidad Maxima durante tu viaje Kilometros recorridoTiempo del viaje (En Horas )Elevacion sobre el nivel del MarPosicion Actual ( latitud, Longitud)Hora del amanecer en ese punto del planetaHora de la puesta del Sol en ese punto del planetaDireccion exacta a donde te muevesTe guarda rutas que mas usasGuarda tus lugares favoritos y te lleva de regresoEntre otras cosas....

COMPONENTES DE LA SEÑAL:

• Los osciladores a bordo de los satélites GPS generan una frecuencia fundamental fo con una estabilidad en el rango de

10-13 . Dos señales portadoras en la banda L (llamadas L1 y L2) se generan mediante la multiplicación entera de fo de la

siguiente manera:

fo = 10.23 Mhz

Portadora L1 = 154 fo = 1575.42 Mhz @ 19 cm.

Portadora L2 = 120 fo = 1227.60 Mhz @ 24.4 cm

• Para lograr obtener las lecturas de los relojes, se hace uso de dos códigos. Estos códigos se caracterizan por contener en ellos un ruido pseudo aleatorio (PRN).

Código P : fo10 = 10.23 Mhz en L1 y L2

Código C/A : fo = 1.023 Mhz en L1

Los satélites emiten dos portadoras a la misma frecuencia. Estas portadoras están moduladas en fase (BPSK) por diferentes códigos pseudoaleatorios

• Los códigos deben tener una buena función de autocorrelación:

Para t=0 debe haber un pico lo más acusado posible (el código será mejor cuanto más largo).

El nivel de los lóbulos secundarios debe ser bajo (el código será mejor cuanto más aleatorio sea).

• Cada uno de estos códigos pseudoaleatorios se asigna a cada uno de los satélites. El receptor, para separar la señal de un satélite del resto, correla las series recibidas con el código que desea detectar.

El código que se quiere detectar superará un determinado umbral:

Es muy importante que el receptor y el satélite estén sincronizados para que la correlación comience cuando llega la señal procedente del satélite.

Código C/A • Empleado para navegación de baja precisión (uso civil).

• Para obtenerlo se multiplica la salida de dos códigos de 1023 bits.La frecuencia de reloj que se emplea es de 1.023 MHz

donde,

n es el identificativo de cada satéliteT es el tiempo de duración de 1 bit (10-6/1.023 s)

• El tiempo de duración del código es:

Código P • Empleado para navegación de alta precisión (uso militar).

• Para obtenerlo se multiplica la salida de dos códigos (P1,P2)

La frecuencia de reloj que se emplea es de 10.23 MHzLa longitud de los dos códigos que se multiplican para obtener el código P es de:

P1: 15345000 bits

P2: 15345034 bits

donde,

n es el identificativo de cada satéliteT es el tiempo de duración de 1 bit (10-6/10.23 s) Otro parámetro importante es la distancia asociada a la duración de 1 bit:

• Hay varios códigos transmitiéndose simultáneamente, se habla de una distancia máxima no ambigua que se refiere a la distancia recorrida por la señal en el tiempo de duración del código

• La distancia equivalente a la duración de un bit es,

FORMACIÓN DEL SISTEMA:

La descripción del sistema de posicionamiento Global sigue la división acostumbrada para los sistemas satelitales de navegación en tres segmentos:

• SEGMENTO ESPACIAL

• SEGMENTO DE CONTROL

• SEGMENTO DEL USUARIO

El diagrama de bloques del generador de la señal

GPS es el siguiente:

Estructura general del equipo de

usuario

TIPOS DE RECEPTORES

• El tipo de receptor a usar dependerá del tipo de observaciones y de la disponibilidad de códigos. Los receptores GPS pueden ser clasificados de acuerdo a sus características de la siguiente manera:

Código C/ACódigo C/A + fase portadora L1Código C/A + fase portadora L1 + fase portadora L2Código C/A + código P + fases portadoras L1, L2

• Otra clasificación de los receptores es por el tipo de:

Receptores militaresReceptores civilesReceptores para navegaciónReceptores geodésicos.

Aplicaciones

• De CampamentoEn toda excursion siempre corre uno varios riesgos, uno de ellos es perderse, ya que en un lugar boscoso o desertico o simplemente no urbanizado no existen referencias que nos puedan ayudar a encontrar el camino de regreso, con un GPS Garmin podras saber siempre donde te encuentras, sin importar la posicion, incluso el navegador guardara el trazo o ruta que seguiste para regresar EXACTAMENTE por el camino que usaste.

• En el MarUnos de los deportes mas fascinantes es la navegacion en barco o lancha, y como todo buen deporte lleva ciertas dificultades como perder de vista tierra o no saber exactamente en que limite se encuentra, los navegadores mas avanzados de Garmin traen entre otras cosas los limites de boyas preestablecidas para toda america ademas de que pueden ser configurados para que te den datos como velocidad, millas nauticas recorridas, trazo o ruta que seguiste desde que saliste de puerto, tiempo estimado de llegada a tu destino etc. etc.

• JEEPEANDO (4x4)La emocion de explorar nuevos territorios es siempre divertido, mas si traes un navegador satelital que te permite saber tu proximo destino, tu posicion ( Lat y Lon ) altura, tiempo de recorrido, seria fascinante que pasaras tu posicion por radio a un compañero para que el te encontrara

sin decirle a que distancia estas. • En la ciudad

No hay mejor jungla que la misma ciudad, Sabia usted que existen varias alternativas para llegar  a un lugar, pero como solo sabemos una ruta tenemos muchas veces que soportar el trafico, con un navegador Satelital marcando ese punto que visita con regularidad podra un dia tomar una ruta alternativa y evitar ese molesto trafico, ya que en todo momento la pantalla de su GPS hacia que direccion se encuentra el sitio que busca y ademas le dice cuantos kilometros o metros le faltan por llegar, asi mismo le hace el calculo de tiempo promedio de arribo

• INGENIERIAMuchas de las aplicaciones para GPS caen en la rama de la Ingenieria, ya que auxilian labores que antes solo se podian hacer a base de prueba y error como:

• SOLUZIONA Novo Control usa los GPS para marcar  la ruta Gasoductos y tuberias,  asi como sus valvulas en zonas totalmente no urbanizadas, donde hay que usar vehiculos especiales e incluso hay zonas done solo a pie se puede llegar, aunado a eso, la maleza cubre las valvulas y tuberias haciendo imposible encontrarlas, los ingenieros de SOLUZIONA han grabado decenas de posiciones para poder encontrar sin ningun titubeo las valvulas y darles el mantenimiento adecuado, incluso mandando ingenieros que nunca han ido a la lugar sin riesgo de que se pierdan.

• El Ingeniero Roberto Espinosa explora terrenos desconocidos en busca de Pozos de agua para su futura explotacion, antes de tener un GPS Garmin la unica manera regresar al pozo era recordando donde estaba, esta labor de "azar" fue reemplazada por la alta tecnologia satelital, ahora explora y graba la posicion de los pozos para regresar en cualquier momento con un error de tan solo 3 metros

• Antena Point es una empresa que  vende e instala antenas parabolicas, dichas antenas llevan una alineacion y deben de apuntar al satelite geoestacionario de manera precisa, antes realizaban su labor a prueba y error,  ahora simplemente le dicen al GPS Garmin la Latitud y la Longitud del Satelite y

automaticamente apunta la direccion que debe llevar la antena

Navegación marítima GPSMAP 180 / Garmin

• Su implantación ha sido muy rápida (antes las embarcaciones empleaban el sistema TRANSIT). Se piensa que en poco tiempo toda la navegación marítima se basará en GPS. Actualmente también se emplean sistemas hiperbólicos, pero estos sistemas tienden a desaparecer...

El coste del sistema GPS es bajo (además los barcos no requieren receptores de gran calidad) y lo puede usar cualquier embarcación

Navegación terrestre

• En este caso hay dos mercados principales:– Automóviles,

Integran el GPS y sistemas gráficos avanzados para proporcionar un sistema de guiado desde un punto de una ciudad a otro evitando atascos...

– Recptores personales,Excursiones en 4x4, como sistema de guiado para invidentes...

• La gran penetración de este sistema se debe al bajo coste de los receptores.En la actualidad se emplea en aplicaciones profesionales: – Transportes internacionales – Redes de autobuses – Policia – Ambulancias

Aplicaciones militares

• Como el GPS es un sistema desarrollado por el ejército el desarrollo del GPS en este campo ha sido más rápido que en las aplicaciones civiles.Se emplea en la nevegación militar (aeronaves, vehículos terrestres, barcos...).Una de las aplicaciones es,

– Guiado de misiles

• Constituye una revolución para los sistemas militares, se usa para el posicionamiento de las tropas...

Ciencias geográficas

• Permite situar puntos con gran precisión.Se pueden construir mapas geográficos mucho más precisos, mejorando los que había hasta ahora.

• Otras aplicaciones

Sincronización, pues el GPS ofrece una referencia temporal muy exacta. Lo usan algunos sistemas de transmisión... Para conseguir la referencia temporal sólo se necesita un satélite, es muy baratoDefensa civil, para la localización y delimitación de zonas afectadas por grandes catástrofes y guiado de vehículos de auxilio.El GPS está causando un gran impacto tanto en aspectos tecnológicos como económicos.

Limitaciones

• El sistema GPS requiere sistemas de medidas de retardo muy precisos.

• Puede suceder que el receptor sólo sea capaz de recibir las señales de 3 satélites. En este caso se pide al usuario que introduzca la altura y se emplea el GPS en 2D.

• La señal tarda unas centésimas de segundo en llegar al receptor, la posición del satñelite que hay que considerar para calcular la posición del usuario es la que tenía el satélite en el momento de transmitir la señal.

Limitaciones

• La más importante es la dependencia de un único país EE.UU. Concretamente del DoD (departamento de defensa). Cuando ellos quieran pueden eliminar el uso por parte de los civiles del sistema.

• Existen dos formas para degradar la señal emitida por los satélites:

Selective Avalibility

Anti-Spoofing

• Actualmente hay dificultad en su uso en ciudades con edificios altos.