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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTALPOLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA BOLIVARIANA
UNEFA
Prof. Integrantes:
Gilberto Veliz Everest D. Montero P. #.C.I 20486277
Tinaquillo; 20/06/2013
Sección “J”
El siguiente trabajo tiene como objetivo comprender principalmente la
importancia que tiene el Sistemas de Posicionamiento Global, mayormente
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conocidos bajo el nombre de GPS (por sus siglas en inglés, Global Positioning
System) así como también su funcionamiento, sus componentes entre otro.
Este artículo aporta en breve las características generales de estos equipos de
localización donde el sistema ofrece una muy alta precisión, habiendo sido
encargado originalmente por el DARPA de los Estados Unidos, una oficina
dependiente del Departamento de Defensa estadounidense, que permiten conectar
cada uno de estos dispositivos a los más de 24 satélites que se encuentran
sobrevolando la Órbita Terrestre y brindan soporte y funcionamiento a los
mismos, trabajando en perfecta sincronía para poder hacer una cobertura de todo
el planeta.
La metodología se basa en la determinación de la posición de puntos sobre la
superficie terrestre, apoyándose en la información radioeléctrica enviada por
satélites.
Actualmente esta tecnología la podemos encontrar en una gran cantidad de
dispositivos, sobre todo en lo que respecta a Teléfonos Móviles, permitiendo
poder realizar distintas funcionalidades desde Explorar el Mapa hasta poder
obtener distintos tipos de Rutas y Caminos para poder llegar al destino que hemos
seleccionado en forma rápida y segura.
1. Fundamentos.
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El GPS es un sistema de posicionamiento por satélites uniformemente
espaciados alrededor de su orbita y que nos proporcionan información de puntos
que están situados en la superficie terrestre, este proceso se lleva a cabo mediante
la transmisión-recepción de señales electromagnéticas.
Este sistema esta diseñado para funcionar con 24 satélites, distribuidos en seis
orbitas, con cuatro satélites en cada una; los cuales se encuentran a una altura de
20.200 km, (INEGI, 1994). Las señales recibidas pueden ser usadas para
determinar la posición absoluta del equipo receptor o su posición relativa con
respecto a otros equipos receptores ubicados en otros puntos de posición
conocida.
Cada uno de los satélites de la constelación NAVSTAR transmite dos señales
de radio, L1 con una frecuencia de 1.575,43 MHz y L2 1.227,6 MHz. La señal L1
se modula con dos códigos de ruido pseudoaleatorios (Pseudo Random Noise,
PRN), denominados Servicio de Posicionamiento Preciso (PPS) o código P o
protegido, el cual puede ser encriptado para uso militar y el código de adquisición
grueso (C/A Coarse/Adquisition) conocido como Servicio Estándar de
Posicionamiento (SPS).
La señal L2 se modula solamente con el código P. La mayoría de los
receptores de uso civil usan el código C/A para obtener la información del sistema
G.P.S.
Trilateración Satelital.
La base para determinar la posición de un receptor GPS es la trilateración a
partir de la referencia proporcionada por los satélites en el espacio. Para llevar a
cabo el proceso de trilateración, el receptor GPS calcula la distancia hasta el
satélite midiendo el tiempo que tarda la señal en llegar hasta él. Para ello, el GPS
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necesita un sistema muy preciso para medir el tiempo. Además, es preciso
conocer la posición exacta del satélite. Finalmente, la señal recibida debe
corregirse para eliminar los retardos ocasionados.
Una vez que el receptor GPS recibe la posición de al menos cuatro satélites y
conoce su distancia hasta cada uno de ellos, puede determinar su posición
superponiendo las esferas imaginarias que generan.
Supongamos que un receptor en la Tierra capta la señal de un primer
satélite determinando la distancia entre ambos. Esto solamente nos indica que
el receptor puede estar ubicado en un punto cualquiera dentro de la superficie de
una esfera de radio R1 tal y como se muestra en la figura
Si medimos la distancia de un segundo satélite al mismo receptor se
generará una superficie esférica de radio R2 , que al intersecarse con la primera
esfera se formará un círculo en cuyo perímetro pudiera estar ubicado el punto
a medir.
Si agregamos una tercera medición, la
intersección de la nueva esfera con las dos anteriores se reduce a dos puntos sobre
el perímetro del círculo descrito
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Uno de estos dos puntos puede ser descartado por ser una respuesta
incorrecta, bien sea por estar fuera de espacio o por moverse a una velocidad muy
elevada. Matemáticamente es necesario determinar una cuarta medición a un
diferente satélite a fin de poder calcular las cuatro incógnitas x, y, z y tiempo
Posicionamiento del satélite
Como se ha mencionado previamente, existen 24 satélites operacionales en
el sistema NAVSTAR (Navigation Satellite Timing and Ranging) orbitando la
Tierra cada 12 horas a una altura de 20.200 kilómetros. Existen seis diferentes
órbitas inclinadas aproximadamente 55º con respecto al Ecuador.
Alrededor de cada uno de estos planos giran cuatro satélites que
son monitoreados constantemente por el Departamento de Defensa de los Estados
Unidos. En Tierra existen cinco estaciones de seguimiento y control: tres
estaciones para la alimentación de datos y una estación de control maestro. La
estación de control maestro calcula, con los datos de las estaciones de
seguimiento, la posición de los satélites en las órbitas (efemérides), los
coeficientes para las correcciones de los tiempos y transmiten esta información a
los satélites.
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Corrección de errores
Los errores que afectan las mediciones con G.P.S. se pueden agrupar en tres tipos
diferentes:
Errores propios del satélite
Errores originados por el medio de propagación
Errores en la recepción
Donde:
Errores propios del satélite
o Errores orbitales o de efemérides, que afectan la determinación de la
posición del satélite en un instante determinado con respecto a un sistema
de referencia dado. Estos errores se originan debido a que no se conocen
con la exactitud necesaria las órbitas de los satélites.
o Errores del reloj. Aunque sumamente precisos, los relojes
atómicos pueden presentar variaciones debido a la deriva propia del
instrumento y a la acción de los efectos relativísticos que originan un
diferencial del tiempo entre el sistema del satélite y del sistema del G.P.S.
Este diferencial de tiempo no es constante para todos los satélites, sin
embargo, estos errores, de muy poca magnitud, son ajustados por el
Departamento de Defensa de los Estados Unidos.
o Errores de configuración geométrica. El efecto de la geometría en la
ubicación de los satélites utilizados en la determinación de un
posicionamiento queda expresado por los parámetros de la dilación de
precisión geométrica (DPG).
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Los parámetros de la DPG resultan en una medida compuesta que refleja la
influencia de la geometría de los satélites sobre la precisión combinada de las
estimaciones del tiempo y posición de la estación.
Los cuatro parámetros de la dilación de precisión geométrica son:
o PDOP: dilación de precisión para la posición
o HDOP: dilación de precisión horizontal
o VDOP: dilación de precisión vertical
o TDOP: dilación de precisión del tiempo
Errores originados por el medio de propagación
Como se mencionó anteriormente, los cálculos en el posicionamiento por
satélite asumen que la señal viaja a una velocidad constante igual a la de la luz.
Sin embargo, la velocidad de la luz se mantiene constante solamente en el vacío.
Cuando la señal penetra la ionosfera y la troposfera, debido a los cambios en
densidades de las diferentes capas, se producen las refracciones ionosféricas
y troposfericas, reduciendo la velocidad de la señal. Actualmente los receptores
de G.P.S. toman en cuenta estas demoras haciendo las correcciones pertinentes.
o El error por ruta múltiple (multipath) se origina debido a la
posibilidad de que una señal reflejada por objetos ubicados en la superficie
de la Tierra lleguen al receptor por dos o más trayectorias diferentes.
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Para minimizar los efectos del multipath se han desarrollado
técnicas avanzadas de procesamiento de señales así como antenas para
filtrar las señales que llegan de diferentes direcciones.
Errores en la recepción
Los errores en la recepción son el ruido, centro de fase de la antena, errores
del reloj oscilador y el error de disponibilidad selectiva (S/A), el cual es una
degradación de la señal del satélite causada en forma intencional por el
Departamento de Defensa de los Estados Unidos.
El error de disponibilidad selectiva se corrige mediante la técnica de la
corrección diferencial, en la cual se usa un receptor en una estación base cuya
posición sea conocida con precisión y un receptor en el punto que se desea ubicar,
recolectando datos simultáneamente
Con la información obtenida en la estación base se calculan los diferenciales
o correcciones que deben aplicarse a las mediciones del receptor en la estación del
punto a ubicar.
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2. Componentes del Sistema G.P.S.
Un sistema G.P.S. está compuesto por el segmento espacial conocido
como la constelación NAVSTAR conformado actualmente por 24 satélites
(21 regulares más 3 de respaldo), el segmento de control conformado por
estaciones de control master y de alimentación y el segmento usuario
constituido por los receptores, recolectores de datos y programas de aplicación o
software
El Segmento Usuario.
Diferentes fabricantes producen una gran variedad de equipos y productos
para los usuarios de G.P.S. Debido al permanente desarrollo tecnológico, estos
equipos son constantemente mejorados en calidad y precisión haciendo cada
vez más común su aplicación en diferentes disciplinas.
El receptor, como su nombre lo indica es el instrumento que recibe y
decodifica la señal del satélite calculando las coordenadas del punto deseado.
Los receptores varían en precisión, tamaño, peso, capacidad de almacenamiento
de datos y número de satélites que utilizan para calcular posición.
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En la actualidad los receptores G.P.S. están
diseñados con la tecnología de canales múltiples
paralelos conteniendo entre 5 y 12 circuitos receptores
sintonizados cada uno ellos a la señal de un satélite
en particular.
o Los componentes básicos de un receptor G.P.S. son:
1) Antena con preamplificador para recibir la señal
2) Sección de radio frecuencia o canal
3) Microprocesador para la reducción, almacenamiento y procesamiento de
datos
4) Oscilador de precisión para la generación de los códigos pseudoaleatorios
utilizados en la medición del tiempo de viaje de la señal
5) Fuente de energía eléctrica
6) Entre otros
El Segmento Espacial
Cada uno de los satélites de la constelación NAVSTAR transmite dos
señales de radio, L1 con una frecuencia de 1.575,43 MHz y L2 1.227,6 MHz. La
señal L1 se modula con dos códigos de ruido pseudoaleatorios (Pseudo Random
Noise, PRN), denominados Servicio de Posicionamiento Preciso (PPS) o código P
o protegido, el cual puede ser encriptado para uso militar y el código de
adquisición grueso (C/A Coarse/Adquisition) conocido como Servicio
Estándar de Posicionamiento (SPS).
La señal L2 se modula solamente con el código P. La mayoría de los receptores
de uso civil usan el código C/A para obtener la información del sistema G.P.S.
Además de los códigos, los satélites transmiten a los receptores información
en un paquete de información repetitivo de cinco diferentes bloques con
duración de 30 segundos.
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Bloque 1: Contiene los parámetros de corrección de tiempo y refracción
ionosférica.
Bloques 2 y 3: Contienen información orbital y precisa para el cálculo de
efemérides
Bloques 4 y 5: Con información orbital aproximada de todos los satélites
del sistema en operación, tiempo universal coordinado, información
ionosférica e información especial.
El segmento de control esta establecido en el posicionamiento del satélite
(pag. 5)
3. Precisiones con G.P.S.
La precisión obtenida con equipos G.P.S puede variar en un rango entre
milímetros y metros dependiendo de diversos factores.
Es importante mencionar que la precisión obtenida en la determinación de
las coordenadas horizontales (Norte y Este) es de dos a cinco veces mayor que la
determinación en la coordenada vertical o cota.
En general la exactitud obtenida en mediciones con G.P.S dependen de los
siguientes factores:
o Equipo receptor
o Planificación y procedimiento de recolección de datos
o Tiempo de la medición
o Programas utilizados en el procesamiento de datos.
Existen dos tipos de exactitudes, la absoluta y la diferencial. En cuanto a la
exactitud absoluta, utilizando el Servicio Estándar de Posicionamiento (SPS)
se pueden obtener exactitudes en el orden de 20 m.
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Si se usa el Servicio Preciso de Posicionamiento (PPS), o código P se
pueden obtener exactitudes entre 5 y 10 m.
En cuanto a la exactitud diferencial, se pueden obtener exactitudes de
hasta ± 0,1-1 ppm y en proyectos científicos con equipos adecuados y un
riguroso control en todas las etapas del trabajo se pueden lograr exactitudes de ±
0,01 m ± 0,1 ppm.
4. Sistema de Coordenadas
En el capítulo 6 se estableció que la superficie de la Tierra podría ser representada
en forma muy precisa por un elipsoide ajustado a la forma del geoide, sin
embargo, el tamaño, forma y ubicación relativa de un elipsoide con respecto al
geoide varían de acuerdo al lugar, por lo que se han propuesto diferentes
elipsoides para diferentes zonas sobre la Tierra.
El modelo matemático que mejor se ajusta a la superficie del geoide en un
área determinada queda definido por la relación entre un punto en la superficie
topográfica escogida como origen del datum y el elipsoide.
Un datum queda definido por el tamaño y forma del elipsoide y la
ubicación del centro del elipsoide con respecto al centro de la Tierra.
Siguiendo indicaciones del Instituto Geográfico de Venezuela Simón Bolívar, a
partir del 1º de Abril de 1999 y según resolución del MARN publicada en la
Gaceta Oficial Nº 36.653 de fecha 03.03.99, se ha adoptado para Venezuela un
nuevo sistema geocéntrico de referencia para formar la Red Geodésica
Venezolana “REGVEN”, la cual representa en nuestro país la densificación del
Sistema de Referencia Geocéntrico para las Américas “SIRGAS”
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El elipsoide utilizado por REGVEN es el Geodetic Referente System 80 (GRS-
80) cuyo datum asociado es el Word Geodetic System 1984 (WGS-84). El
elipsoide GRS-80 tiene los siguientes parámetros:
• Semieje mayor = 6.378.137,00 m.
• Semieje menor = 6.356.752,30 m.
Hasta el año 99 en Venezuela se utilizó el elipsoide internacional de Hayford con
datum la canoa cuyos parámetros son:
• Semieje mayor = 6.378.388,00 m.
• Semieje menor = 6.356.912,00 m.
Esta diferencia en parámetros entre los geoides utilizados hace necesario la
transformación de los resultados obtenidos con datum La Canoa a REGVEN.
Los parámetros para la transformación aparecen publicados en el folleto
REGVEN, La Nueva red Geocéntrica Venezolana, publicado por el Instituto
Geográfico de Venezuela Simón Bolívar en el año 2001.
Para el control vertical se utiliza la red de nivelación de primer orden apoyada en
el mareógrafo de La Guaira
Actualmente la mayoría de los receptores han incorporado rutinas con mas
de 100 diferentes datums disponibles para obtener las coordenadas reales de un
punto en el datum requerido.
5. Tipos y clases de sistemas G.P.S
Existen varios tipos de receptores GPS, dependiendo de sus características
se pueden generalizar en receptores geodésicos de doble frecuencia,
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receptores geodésicos con medición de fase sobre L1, receptores de código
avanzados y los navegadores convencionales.
Receptores geodésicos de doble frecuencia
Trabajan con la portadora L1 y también con la L2, lo cual permite disminuir
los errores derivados de la propagación desigual de la señal a través de las
distintas capas atmosféricas (sobre todo la ionosfera) y resolver la ambigüedad del
número de ciclos de la portadora.
Con este tipo de equipos se pueden llegar a precisiones por debajo
del centímetro con postprocesado para distancias de hasta 10 km, y por
debajo del metro para distancias de hasta 500 km.
Además de con técnicas de postprocesado en gabinete, los receptores
bifrecuencia también se usan con correcciones en tiempo real. Para este
último caso, lo normal es usarlos junto con algoritmos RTK (Real Time
Kinematic), que permiten precisiones centimétricas en tiempo real en
combinación con estaciones de referencia.
Algunos de ellos son compatibles con sistemas DGPS vía satélite; los
servicios de corrección de última generación vía satélite junto con lectores de
doble frecuencia permiten llegar hasta precisiones decimétricas en tiempo real, si
bien no es muy normal ver este tipo de metodologías junto este tipo de receptores.
Receptores geodésicos con medición de fase sobre L1
Son receptores que trabajan con la onda portadora L1 acumulando
información que, con postprocesado, en gabinete permite obtener precisiones
relativas centimétricas en el mejor de los casos para distancias de hasta 25 ó 30
km y submétricas para distancias de hasta 50 km. Permiten el cálculo de vectores
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con su evaluación estadística y son aptos para el ajuste de redes, aunque se trata
de una tecnología obsoleta hoy en día.
Este tipo de receptores suelen ser usados con métodos relativos estáticos,
con el uso de estaciones de referencia complementarias. Muchos de ellos
son también compatibles con los servicios DGPS vía satélite trabajando en
lectura de código exclusivamente, mediante la incorporación de una tarjeta
electrónica de expansión y la suscripción al sistema.
Receptores de código C/A avanzados
Son receptores que además de analizar el código C/A disponen de
lectura (con ciertas limitaciones) de la fase portadora L1.
Estos receptores permiten el uso de metodologías diferenciales, en
ocasiones bajo la forma de suscripciones a servicios vía satélite como OmniStar ®
o LandStar ®, consiguiendo bajo esta metodología precisiones entorno a 1 m. en
tiempo real. Este tipo de servicio tiene la enorme ventaja de que se dispone
de corrección instantánea sin necesidad de montar ninguna estación de
referencia, y para casi para cualquier parte del globo en tiempo real.
Navegadores convencionales
Los navegadores son los tipos de receptores GPS más extendidos, dados su
bajo coste y multiplicidad de aplicaciones. Consisten en receptores capaces de leer
el código C/A, que pueden tener incluso capacidad para leer señales diferenciales
vía radio o conexión software y también capacidad para representar
cartografía sencilla en una pantalla de cristal líquido.
Permiten conocer las coordenadas en varios formatos y conversión de baja
precisión a datum locales desde WGS84 (Word Geodetic System 1984),
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sistema geodésico de referencia en GPS. También permiten la navegación
asistida con indicación de rumbos, direcciones y señales audibles de llegada en
rutas definidas por el usuario a través de puntos de referencia (waypoints).
6. Aplicación de los GPS en la construcción
En la construcción el GPS es una herramienta que se está utilizando cada
vez con más frecuencia. Se usa para hacer los sistemas de referencia y que toda la
obra -de gran extensión o no- tenga el mismo sistema de medición de toda la
topografía de la obra. Así se han hecho obras muy importantes con el sistema GPS
como por ejemplo el túnel Orensud que cruza de Dinamarca a Suecia todo medido
con el sistema GPS”.
Incluso “las máquinas, herramientas, motoniveladoras, excavadoras, los
grandes camiones que tienen se manejan, controlan y siguen con GPS. Y en las
obras civiles se hacen controles con GPS de obras lineales, caminos, puentes,
canales, en donde se hacen control dimensional de toda la obra. Es decir, van a
tener una obra programada y hacer el replanteo de la obra con el uso de un solo
equipocon las capacidades necesarias para tener la precisión que necesiten”.
Este sistema de posicionamiento cuyas aplicaciones son importantes no sólo para
el área de la construcción, e ingeniería sino también se lo emplea en la minería y
agricultura proporcionando información relevante para optimizar tiempo y costos.
En cuanto a los dispositivos, hay de diferentes tamaños y formas. Hay
navegadores, hay topográficos, geodésicos, de simple frecuencia y doble
frecuencia. En la construcción se utilizan geodésicos de doble y simple frecuencia,
dependiendo el tipo de obra. Cuando la obra es lineal y de mucha distancia se
usan de doble frecuencia porque hasta 25km puedo usar de simple frecuencia por
la distancia con el satélite. Después de los 25km tengo la necesidad de usar de
doble frecuencia. Y en la construcción se utiliza fundamentalmente para el
levantamiento de detalles y replanteo. Se puede diseñar un sistema GPS para la
obra y colocar una estación permanente en la obra para hacer las correcciones y
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tener una solución ajustada. Y tener control sobre los equipos viales con GPS aun
en la altura.
7. Ley que rige los G.P.S de Venezuela.
El actual control geodésico nacional definido por la Red Geocéntrica
Venezolana REGVEN, distribuido por todo el territorio nacional y materializado
por vértices de concreto u otro material resistente, no brindan actualmente a los
usuarios las soluciones consideradas en la utilización y aplicación del GPS en
Venezuela, razón por la cual el Instituto Geográfico de Venezuela Simón Bolívar
como organismo rector de las actividades geodésicas y en atención al artículo
número 11 de la Ley de Geografía, Cartografía y Catastro Nacional, realiza el
proyecto Red de Estaciones de Monitoreo Satelital GPS (REMOS), con el
propósito de diseñar la Red Nacional de Estaciones GPS Permanentes de
Venezuela, que proveerá una información geodésica actualizada, oportuna, precisa
y con cobertura en todo el territorio nacional, que comparada con la operación y
aplicación de los vértices estáticos de REGVEN, modernizará toda la estructura
básica de las redes geodésicas y donde estas estaciones serán de gran importancia
no sólo para los proyectos nacionales, sino en proyectos científicos mundiales
como la definición de los nuevos marcos geodésicos de referencia como el ITRF,
SIRGAS (Sistema de Referencia Geocéntrico para las Américas), entre otros.
Qué es REMOS
REMOS (Red de Estaciones de Monitoreo Satelital GPS), es un conjunto
de estaciones que capturan información satelital de manera continua, constituido
por receptores GPS instalados y con capacidad de rastrear todos los satélites a la
vista en forma continua con un sistema informático que posibilita el almacena-
miento de los registros capturadas por el receptor en una base de datos, los cuales
junto con las coordenadas de la estación son colocados a disposición de los usua-
rios vía Internet, para que después de un proceso metódico de procesamiento y
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cálculo de la información GPS de otras estaciones GPS de los usuarios, queden
éstas vinculadas o georreferenciados directamente al Sistema Geodésico Nacio-
nal.
Establecimos en este artículo información general del sistema de
posicionamiento global (G.P.S) donde su metodología se basa en la determinación
de la posición de puntos sobre la superficie terrestre como ya lo hemos
mencionado con antecedencia.
Cabe destacar que este sistema ofrece muchas ventajas debido a que gracias a
éste dispositivo es posible localizar la posición de alguien o algo (punto terrestre);
entre otras: rapidez, fiabilidad, reducción de costes, precisión, etc.
En topografía, el sistema GPS constituye una herramienta básica y
fundamental para realizar el levantamiento de terrenos y los inventarios forestales
y agrarios. La aplicación de posicionar puntos geográficamente de una forma
común u ordinaria con equipo GPS (navegador sencillo), esta sujeta a
consideraciones de importancia para efectuar los trabajos topográficos y
garantizar su confiabilidad. De otra manera, mientras no se cuente con equipos
más sofisticados, alta precisión y con software especializado para el
procesamiento de la información, esta tecnología deberá verse como un hobbie
para trabajos simples de exploración.
Los métodos convencionales de medición directa nos dan mayor seguridad y
certeza al obtener datos reales, dado que hay mayor precisión al medir distancias y
ángulos horizontales que nos dan una rigidez de figura y permiten que los
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polígonos sean geométrica y analíticamente cerrados con comprobaciones
factibles de analizar.
Explorador :GOOGLE
Libros:
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Tipos de dispositivos GPS .pdf bibing.us.es/proyectos/.../Capítulos%252F4-+Tipos+de+dispositivos+GPS.p...Tipos de dispositivos GPS. 4.1 Introducción. Existen varios tipos de receptores GPS, dependiendo de sus características se pueden generalizar en receptores...
uso del gps (navegador) - ingeniería topográfica velezortarafael.blogspot.com/p/investigacion-educativa.htmlLa medición de terrenos es una situación muy delicada y comprometedora para el profesional que se dedica a este campo. En la actualidad, el uso del GPS ...
Importancia del GPS www.importancia.org/gps.phpImportancia del GPS. Cuando estamos por realizar un viaje, sobre todo en lo que respecta a Largas Distancias, es recomendable antes que todo realizar un ...
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Autor: Leonardo Casanova M. Titulo: Topografia Plana
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