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Introduccin:El hombre, desde tiempos inmemoriales ha sentido la necesidad de conocer su posicin y el de otros lugares con el fin de saber cmo llegar a ellos de una forma simple y segura; estos equipos han evolucionado en sofisticados sistemas de navegacin basados en satlite utilizando dos tipos de sistemas de posicionamiento global, los cuales son: el Sistema de Posicionamiento Global (GPS) y el GLONASS desarrollado por la Federacin Rusa. En este proyecto describiremos ambos sistemas junto a proyectos en desarrollo como lo es el caso del sistema Galileo de la Comunidad Europea cuya funcin ser dar las prestaciones de precisin. Integridad y confiabilidad sin necesidad de utilizar sistemas auxiliares de mejora o aumentacin para ser utilizado en sistemas en donde la seguridad es crtica como en el transporte de trenes, automviles y especialmente en los sistemas de navegacin area, el sistema de aterrizaje de aeronaves y el control de trfico areo.

Sistema Satelital de Navegacin GlobalEl objetivo de un sistema de determinacin de la posicin de un objeto es suministrar las coordenadas del mismo en un sistema espacial bidimensional o en un sistema tridimensional lo cual es necesario en un sistema de aeronavegacin. Existen muchas formas de dar la posicin de un objeto, siendo el ms usado para los sistemas de navegacin la latitud, la longitud y la altura.El primer sistema de navegacin martima y de determinacin de la posicin utilizado por el hombre se bas en las estrellas. Para medir el rumbo el hombre empez a utilizar el comps magntico apareciendo las primeras referencias escritas en el siglo XII en el que un autor ingls lo defini como una aguja imantada que puesta sobre una saeta marca siempre en direccin norte. Los marineros utilizaban este instrumento como gua cuando la estrella polar estaba escondida por las nubes. A principios del siglo XX con los experimentos de Marconi se dieron los primeros pasos para la radionavegacin que consiste en determinar la posicin de un barco o una aeronave usando seales de radio emitidas desde tierra; para conseguir una mayor cobertura y mejor precisin con estos sistemas se empezaron a usar satlites artificiales para transmitir desde los mismos las seales de radiolocalizacin. Las fuerzas armadas norteamericanas comenzaron a desarrollar el sistema de posicionamiento global GPS, que debera entrar en operacin en 1988, este sistema actualmente en operacin da una cobertura mundial y un error esfrico de navegacin de 15 metros. El sistema GLONASS de la Federacin Rusa se basa en los mismos principios y fue puesto en servicio en 1996.Funcionamiento: El funcionamiento de los sistemas de navegacin por satlite del tipo GPS y GLONASS se basa en la medicin de las distancias desde un recetor con respecto a un conjunto de satlites cuya posicin se conoce en todo momento de una manera exacta y precisa. Dado que los satlites son puntos de referencia, el clculo de las distancias se efecta tras medir el tiempo que tardan en llegar a la tierra las seales radioelctricas que emiten los satlites. De esta forma se determina la posicin exacta de un objeto fijo o mvil en sus tres componentes espaciales con un margen de error que se debe a que los relojes de los satlites no estn sincronizados con el del receptor y a otros errores introducidos intencionalmente en los datos de posicin del mensaje de informacin que enva el satlite para disminuir la precisin de la medida por razones de seguridad para aplicaciones civiles. Para aplicaciones militares estos errores intencionales no aplican.

Sistema GPS:El fundamento del GPS esta en determinar la situacin del mvil que contiene un receptor GPS respecto al satlite Rr. Como se conocen la trayectoria y la posicin del satlite en todo momento Rs, la posicin del mvil ser la diferencia:

Para determinar Rr el satlite transmite dos seales en la banda L moduladas con un cdigo para la determinacin de la distancia y un mensaje de navegacin. Si se conociera la distancia a un solo satlite el lugar geomtrico en donde puede estar localizado el receptor seria una esfera. Por el contrario si se conociera la distancia a 2 satlites el lugar geomtrico seria una circunferencia y si se conocieran 3 el lugar seria uno o 2 puntos de los cuales uno se rechazara por lgica. Estructura de la Seal del Sistema GPS:El sistema GPS utiliza 2 tipos de cdigos, uno de ellos denominado C/A (Coarse/Adquisition) y se utiliza para adquisicin de datos de posicin y para la navegacin con una precisin baja; el otro se conoce como cdigo P y se utiliza para la navegacin de precisin y est reservado para uso militar. Los satlites GPS transmiten 2 seales de bajo poder denominadas L1 y L2. Las aplicaciones civiles de GPS usan la frecuencia de L1 de 1575.42 MHz en la banda UHF. El enlace es de lnea vista, lo que significa que la seal es capaz de traspasar las nubes, el vidrio y el plstico pero no los objetos slidos como edificios y montaas. Una seal GPS contiene tres tipos de informacin a saber un cdigo pseudoaleatorio, los datos de efemrides y los datos de almanaque. El cdigo pseudoaleatorio es simplemente un cdigo de identidad que identifica cul satlite est transmitiendo la informacin y esta identificacin se puede observar en el receptor de GPS. Los datos de efemrides que son transmitidos constantemente por cada satlite, contienen informacin sobre el estado del satlite (saludable o no) y la fecha y tiempo actuales. Esa parte de la seal es esencial para determinar una posicin. Los datos de almanaque le informan al receptor de GPS donde debera estar cada satlite del sistema GPS en todo momento del da. Constitucin del Sistema GPS:El sistema GPS est compuesto por 3 segmentos: El Segmento Espacial: El Segmento de Tierra o de Control El Segmento de los Usuarios

Figura N. 1: Segmentos en los que se divide el Sistema GPS

Segmento Espacial: Est compuesto por 21 satlites operacionales y 3 de reserva. Los satlites estn situados en rbitas circulares medias a una latitud media de 20.169 Kilmetros. Las orbitas tienen 55 grados de inclinacin respecto al plano del Ecuador y un periodo de 21 horas lo que les permite realizar 2 vueltas a la tierra en el transcurso de un da. Esta configuracin permite que al menos 4 satlites sean visibles desde cualquier punto de la tierra durante las 24 horas del da lo cual es necesario para que un receptor de tierra pueda determinar su posicin, velocidad y tiempo.Los 24 satlites que conforman el segmento espacial orbitan la tierra a aproximadamente 12000 millas sobre nosotros y viajan a velocidades de aproximadamente 7000 millas en una hora. Los satlites del sistema GPS funcionan con energa solar y tienen bateras backup para mantenerlos funcionando en caso de un eclipse solar, pequeos motores de cohete en cada satlite los mantienen navegando en sus orbitas correctas.

Datos interesantes: El primer satlite de GPS se lanzo en 1978 En 1994 se alcanzo la constelacin completa de 24 satlites Cada satlite se disea y construye para durar 10 aos en operacin; constantemente estn construyendo y lanzando al espacio satlites de repuesto. Cada satlite pesa alrededor de 2000 libras y mide aproximadamente 17 pies con los paneles solares extendidos. La potencia de transmisin de la seal desde cualquier satlite GPS es de 50 vatios o menos

Figura N2 y N3: Constelacin de satlites

Segmento de tierra o de control del Sistema GPS: Consta de las estaciones de tierra encargadas de hacer el seguimiento de los satlites para supervisin, sincronizacin y correccin de fallas. El segmento de control consta de 3 tipos de estaciones:1. La estacin de control maestra: est ubicada en el centro de operaciones espaciales de la base area de Falcon (Colorado Spring) en los E.U.A.; esta estacin calcula modelos del campo gravitatorio terrestre y de los relojes de los satlites y de tierra y modela otros efectos que pueden hacer que las orbitas de los satlites varen ligeramente de la rbita ideal de Kepler e introduzcan errores en las medidas. 2. Estaciones uplink: existen 3 estaciones de enlace ascendente que transmiten datos y comandos desde la tierra a los satlites; adems reciben informacin de los satlites que transmiten a la estacin maestra. Estas estaciones estn ubicadas en las islas Diego Garcia, Ascensin y Kwajalein; las 3 estaciones se enlazan con los satlites usando la banda S. 3. Estaciones Monitoras: existen 5 estaciones en las islas Ascension, Hawai, Kwajanein, Diego Garcia y el centro de operaciones; estas estaciones tienen receptores que siguen los satlites, relojes atmicos y un computador que formatea la informacin y la transmite a la estacin maestra para ser procesada en los modelos computacionales y los resultados son transmitidos a las 3 estaciones de uplink para retransmitirla a los satlites que a su vez la retransmiten a los usuarios. Cada estacin monitor tiene los siguientes componentes:3.1 Una antena en banda L3.2 Un receptor de 4 canales 3.3 Un computador 3.4 Un reloj atmico

Figura N4: Ubicacin de los centros de control y monitoreo.

Segmento de los usuarios: podemos clasificar los receptores de los usuarios en 3 tipos:1. Receptor de 4 canales: utiliza un canal para cada satlite que se est siguiendo. Esta configuracin utiliza un conjunto de correlacionadores para extraer la medida de cada satlite que se est siguiendo. En la prctica este tipo de receptor se implementa con un quinto canal para corregir el error ionosfrico o tomar datos de un nuevo satlite a la vista. Como este receptor est siguiendo en forma continua y simultanea los satlites que se necesitan para extraer la medida, es indicado para ser utilizado en mviles dinmicos como los aviones. 2. Receptor Secuencial: este receptor puede tener solo un canal que es programado para una secuencia siguiendo el mejor satlite a la vista y extrayendo la medida de acuerdo con su secuencia. Tpicamente el receptor debe muestrear cada satlite a la vista al menos un segundo y extraer la medida de ac