Sistema de Referencia

Terrestre (TRS): es la

definición ideal que se desea

materializar en la práctica.

Sistema y marco de referencia terrestre

x

z

y

TRS -> 7 parámetros:

• Origen (3)

• Escala (1)

• Orientación (3)

Marco de Referencia Terrestre

(TRF): es la materialización

práctica del TRS; está

afectada por los errores de las

mediciones y de los modelos

físicos y matemáticos usados

para procesar las mediciones.

P2(x2,y2,z2)

P3(x3,y3,z3)P1(x1,y1,z1)

Sistema y Marco de Referencia Terrestre Internacional

Sistema y Marco de Referencia Terrestre Internacional (ITRS e ITRF):

definición del TRS y materialización del TRF según el Servicio

Internacional de Rotación de la Tierra y Sistemas de Referencia (IERS).

IERS Conventions (2010). Gérard Petit and Brian Luzum (eds.), IERS

Technical Note, 36, Frankfurt am Main: Verlag des Bundesamts für

Kartographie und Geodäsie, 179 pp., ISBN 3-89888-989-6.

Sistemas y marcos de referencia terrestres

El ITRS se define por:

• Origen en el centro de masa del Sistema Tierra

• Escala dada por el metro (patrón secundario derivado del SI)

• Eje z orientado hacia el polo norte

• Eje x orientado hacia el meridano de Greenwich convencional

El ITRF se realiza por:

• Un conjunto de estaciones de medición instaladas sobre la superficie

deformable de la Tierra

• Cada estación tiene una posición (x,y,z) válida para una fecha de

referencia y una velocidad de cambio con el tiempo (vx,vy,vz)

• Las posiciones y velocidades surgen de combinar posiciones

determinadas con cuatro técnicas de medición:

• Interferometría de Línea de Base muy Larga (VLBI)

• Telemetría láser a satélites (SLR)

• Sistemas de Navegación Satelitales Globales (GNSS)

• Orbitografía y Radioposicionamiento Doppler Integrado por

Satélites (DORIS)

Escala

Metro

Es una unidad secundaria

derivada del Segundo

Internacional (SI) y la

velocidad de la luz en el vacío

(299 792 458 m/s)

El SI es una unidad primaria

materializada por relojes

atómicos de Cesio (9 192 631

770 periodos de la transición

hiperfina del Cesio 137)

Problema conceptual de la geodesia geométrica

fuente

quásar / satélite

receptor → medición → tiempo x c = distancia

señal electromagnética(microondas / óptico)

atmósfera

sistema inercial

(sin aceleraciones)

sistema no inercial

(con aceleraciones)

orientación relativa(rotación de la Tierra)

posición del receptor

(movimientos geofísicos

de la corteza terrestre)

posición de

la fuente

sistematismos

de la fuente

sistematismos del

instrumento de medición

Medición

=

posición de la fuente – sistematismos de la fuente

x

precesión, nutación y parámetros de orientación de a tierra

–

errores atmosféricos

–

posición del receptor – sistematismos del receptor

–

movimientos geofísicos

atmósfera ionizada

(ionosfera ~50-1000 km)

atmósfera neutra (troposfera y

estratosfera ~0-50 km)

Movimientos del sitio

✓ deriva continental

✓ deformaciones de la corteza

✓ cargas mareales

✓ cargas no mareales

Efectos que deben ser reducidos y/o estimados

satélites (20.200 km)

✓ errores orbitales

✓ relatividad

✓ reloj del satélite

✓Centro de fase de la antena

✓ retardos electrónicos

✓ multicamino

receptor

✓ reloj del receptor

✓ ambigüedades de fase

✓ centro de fase de la antena

✓ retardos electrónicos

✓ multicamino

✓ errores de medición

La velocidad de propagación de las señales electromagnéticas en la atmosfera no es

igual a la de la luz en el vacío, sino que depende de la refractividad de la atmósfera

Error causado por la atmósfera

61 10−− = c

Nv

(por definición, N=0 en el vacío)

El error en la distancia es:6

0

10− = N dr

La ionosfera se extiende entre ~50 y 1000 km y se caracteriza por la

presencia de electrones libres causados principalmente por la radiación solar.

La densidad de electrones varía con la altura, hora del día, ciclo solar y la

época del año.

Error ionosférico

2

40.3 = I TEC

f

satélite

TEC = Total Electron Content

receptor

1m2

z

Cenit

Error troposférico

componente

seca, hS ~40 km

componente

húmeda hH ~11 km

La atmósfera neutra se extiende hasta ~50 km de altitud, abarcando la

troposfera y la estratosfera.

• componente seca (90%), se asume en equilibrio hidrostático

• componente húmeda (10%), depende del contenido de vapor de agua

6

0

( ) 10 ( )− = Sh

S S SM z N h dh

6

0

( ) 10 ( )− = Hh

H H HM z N h dh

Rotación de la Tierra

Precesión y nutación

Nivelación de precisión

La rotación de la Tierra

Movimiento del polo e irregularidades de la rotación

Deriva continental

Núcleo interno (sólido)

Núcleo externo (líquido)

Manto (plástico)

Corteza (plástico)

Dinámica de la corteza terrestre

Cambio de las coordenadas según el ITRF

Terremoto de El Maule

Chile, Febrero de 2011

Efectos de cargas mareales

Marea oceánica

La atracción de la Luna y el Sol actúa sobre:• Los océanos (marea oceánica)• La corteza terrestre (marea terrestre)• La atmósfera (marea atmosférica)

Variación de la altura de agua equivalente

Efectos de las cargas no mareales

Efectos de las cargas no mareales

Tiempo

c = velocidad de la luz = 300.000 km / seg

Distancia = c x (T2-T1)

T1 = instante de

emisión de la señal

T2 = instante de

recepción de la señal

c~3 108 m/s → d<1 mm → t<10-11 s

Técnicas geodésicas espaciales usadas para el ITRF

DORIS

GNSS

SLR

VLBI

Interferometría de Línea de Base Muy Larga (VLBI)

Telemetría Láser a Satélites (SLR)

Sistemas Globales de Navegación Satelital (GNSS)

Orbitogarafía y Radioposicionamiento Doppler

Integrado por Satélites

Marco de Referencia Celeste Internacional (ICRF)

ICRF2

3414 fuentes

Menor densidad al sur de -30°

2197 fuentes tienen 5 veces

menos precisión que las mejores

VLBI

línea de base

(1.000 – 12.000 km)

adquisidor adquisidor

correlador

reloj reloj

frecuencia, amplitud,

fase, retraso y deriva

Recepción en dos bandas para

corregir el error ionosférico:

S (2.20 - 2.35 GHz)

X (8 – 9 GHz)

Posición de la radiofuente

Posición del radiotelescopio

Parámetros de orientación de la Tierra

Origen

Las satélites se mueven

en torno al centro de

masa de la Tierra.

El movimiento orbital

materializa el origen del

TRS.

Mide satélites equipados con

retro-reflectores, desde órbita

baja hasta geoestacionaria

telescopio de 50 cm apertura

láser zafiro - titanio de dos

colores: 847 nm y 423.5 nm

repetición de pulsos: 100 Hz

ancho de pulsos: 40 ps

energía de pulsos: 15 mJ

SLR

distancia = velocidad de la luz ×tiempo ida – vuelta

2

ITRF 2014

1499 estaciones en 975 sitios; 10% con dos o más técnicas colocalizadas.

Tec. Época Ses(días) # sol PM PRr LOD UT1-UTC

IVS 1980-2015 1 5789 X X X X

ILRS 1983-1993 15 244 X X

1993-2015 7 1147 X X

IGS 1994-2015 1 7714 X X X

IDS 1993-2015 7 1140 X

Velocidades

ITRF 2014

ITRF 2014

1499 estaciones en 975 sitios; 10% con dos o más técnicas colocalizadas.

Medición

=

posición de la fuente – sistematismos de la fuente

x

precesión, nutación y parámetros de orientación de a tierra

–

errores atmosféricos

–

posición del receptor – sistematismos del receptor

–

movimientos geofísicos

ITRF resulta de la

combinación de VLBI,

SLR, GNSS y DORIS

SIRGAS es una

densificación

GNSS del ITRF

RAMSAC es una

densificación

GNSS de SIRGAS

¿Cómo se accede al GGRF?

Resolución de UN sobre el GGRF

El GGRF se basa en un sistema de sistemas denominado

‘Sistema de Observación Geodésico Global' (GGOS), bajo la

coordinación de la Asociación Internacional de Geodesia (IAG).

Algunos elementos son operados por los gobiernos, otros

son operados por instituciones de investigación

Todo funciona sobre la base de acuerdos voluntarios de

instituciones y personas que comprometen sus mejores

esfuerzos

La distribución global y la densidad de la infraestructura es

irregular y limita la precisión y la estabilidad del GGRF

En febrero de 2015 la ONU emite una resolución instando a

sus Estados a cooperar para la sustentabilidad del GGRF.

“Ningún país puede hacer esto solo. Para que el GGRF

sea sostenible, todos los países deben desempeñar un

papel, y los países desarrollados brindan asistencia a los

países menos desarrollados cuando sea posible. El

consenso general es que existe la voluntad de cooperar,

pero faltan mecanismos de cooperación claros,

especialmente en lo que respecta al intercambio de

recursos ”.

Los instrumentos de AGGO

Tiempo y frecuencia

Gravimetría

VLBI

SLR

GNSS Meteorología, hidrología, sismología

Co-localización en AGGO

Sistemas y Marcos de Referencia, Córdoba, Junio 12-14, 2008. C. Brunini - 36

Servicio internacional de VLBI

Servicio Internacional de LASER a satélites

Sistemas y Marcos de Referencia, Córdoba, Junio 12-14, 2008. C. Brunini - 38

Servicio Internacional DORIS