SISTEMA GLOBAL DE NAVEGACION POR SATELITES Ing. Gerhard Paul Rodríguez Guillén

POSICIONAMIENTO GLOBAL En dónde estoy ubicado sobre la tierra? Observador

ANTECEDENTES Desde que en 1957 el lanzamiento del Sputnik 1 supuso el comienzo de la era de los satélites artificiales y su posterior uso en aplicaciones para el interés de la comunidad mundial El GPS fue diseñado originalmente para aplicaciones militares y de los servicios de inteligencia en plena Guerra Fría durante la década de los 60, aunque se inspiró en el lanzamiento de la nave espacial soviética Sputnik en d d d (Goma, 2008)

ANTECEDENTES A partir de la década de los 60, DoD, DoT, y NASA mostraron interés en desarrollar un sistema para determinar la posición basado en satélites El sistema debía cumplir requisitos de: Globalidad, abarcando toda el globo terráqueo Funcionamiento continuo sin importar las condiciones atmosféricas Dinámico, para posibilitar su uso en aviación y precisión. (Goma, 2008)

ANTECEDENTES Transit fue el primer sistema de satélites lanzado por Estados Unidos y probado por la marina estadounidense en Sólo cinco satélites orbitando la Tierra permitían a los buques determinar su posición en el mar una vez cada hora La principal desventaja era la no disponibilidad de satélites las 24 horas del día. La posibilidad de posicionarse era intermitente, pudiendo acceder a los satélites cada 1.5 h

CONCEPTOS El concepto de Posicionamiento Global se fundamenta en un sistema de posicionamiento espacial basado en señales de radio, que suministra durante las 24 horas del día, posición tridimensional e información de velocidad y tiempo mediante el uso de equipo apropiado en cualquier parte del mundo sobre la superficie de la tierra.

Preciso Confiable No se requiere intervisibilidad entre puntos Cobertura mundial Capacidad ilimitada de usuarios CARACTERISTICAS DE LOS SISTEMAS DE POSICIONAMIENTO SATELITAL

SISTEMAS GLOBALES DE NAVEGACION POR SATELITE (GNSS) GPS: Sistema de posicionamiento de los Estados Unidos GLONASS: Sistema de posicionamiento de Rusia GALILEO: Sistema de Posicionamiento de la Comunidad Europea BEIDOU: Sistema de Posicionamiento de la República Popular China

SISTEMAS GLOBALES DE NAVEGACION POR SATELITE (GNSS) (Guio, 2008)

INICIOS DEL GPS A comienzos de los años 70, el Departamento de Defensa de los Estados Unidos desarrollo el sistema NAVSTAR - GPS, (NAVigation System with Timing And Ranging – Global Positioning System, como un sistema de navegación basado en técnicas espaciales para obtener, de manera precisa, posiciones tridimensionales, así como información de velocidad y tiempo. El primer satélite se lanzó en 1978, y se planificó tener la constelación completa ocho años después. Unidos a varios retrasos, el desastre del Challenger paró el proyecto durante tres años. Por fin, en diciembre de 1983 se declaró la fase operativa inicial del sistema GPS (Goma, 2008)

La constelación GPS básica estriba en 24 satélites operacionales. La Fuerza Aérea del Espacio de USA (AFSC) declaró formalmente en Abril 27 de 1995 que la constelación de satélites GPS cumplió los requerimientos de Capacidad Total Operacional (FOC), correspondiente a 24 satélites operacionales de los Bloques II y IIA funcionando en sus órbitas asignadas, y respondiendo satisfactoriamente a las pruebas de funcionalidad operacional militar. FUNCIONAMIENTO DEL GPS (Goma, 2008)

COMPONENTES DE UN SISTEMA GPS

SEGMENTO ESPACIAL 24 Satélites Seis (6) orbitas, con una inclinación de 55° Cuatro (4) satélites en cada orbita. Orbita de 20,200 km. 1 revolución en 12 horas Frecuencias de transmisión: L1=1575,42 MHz L2=1227,60 MHz Datum de referencia: WGS-84 Mejoras: Código L2C (Señal redundante) y Frecuencia L5 (Mas alta potencia de transmisión), L1M – L2M (militares) (Goma, 2008)

SEGMENTO DE CONTROL Estación maestra de control 10 Estaciones en todo el mundo monitoreadas por el DoD Todas desarrollan funciones de Monitoreo – Reciben las señales de los satélites – Capturan Datos Meteorológicos – Transmiten Datos a Estación Maestra de Control (Goma, 2008)

SEGMENTO DE CONTROL

SEGMENTO DE USUARIO Un receptor GPS es un receptor de radio especializado. Es diseñado para captar las señales de radio que son transmitidas desde los satélites, y calcula una posición basado en la información recibida. Los receptores son de diferentes tamaños, formas, aplicaciones, características y precios. (Goma, 2008)

SEGMENTO DE USUARIO Los receptores GPS se utilizan para determinar las rutas y trayectorias de vehículos, para rastreo de automotores, aplicaciones militares, etc. En la telefonía celular se está incluyendo dentro de los equipos un receptor GPS que tiene las mismas funcionalidades y que pueden ser usadas de manera gratuita en un dispositivo móvil (A-GPS). Los rasgos y costos de los receptores GPS dependen de la función que el receptor ejecute, dependiendo del propósito específico.

TIPOS DE RECEPTORES GPS De acuerdo a cada receptor, este tendrá la capacidad de recibir tipos de frecuencias y de la disponibilidad de códigos. Código C/A Código P Fase portadora L1 Fase portadora L2 (Seeber, 1993) NAVEGADORESTOPOGRAFICOSGEODESICOS

TIPOS DE GPS (Guio, 2008)

NAVEGADORES Estos GPS son mas para fines recreativos y aplicaciones que no requieren gran precisión (cartografía a escalas 1: y menores) La integración de sistemas de navegación en los Smartphone marcó el principio del fin de la época dorada de los navegadores GPS. Utilizan el código C/A + fase portadora L1 Smarthphone GPS PRECISIÓN (entre 3m a 15m)

CARACTERISTICAS BASICAS QUE DEBE TENER UN NAVEGADOR GPS PARA CARTOGRAFIA 12 canales paralelos: necesario para poder tener una buena recepción de las señales en terrenos abruptos y con espesa cobertura vegetal. Waypoints (puntos de referencia): capacidad de almacenamiento de como mínimo, 500 waypoints. Pantalla de Mapa: para poder ver más fácilmente nuestra posición con respecto a los demás waypoints marcados. Track: capacidad de almacenar 10 o más tracks, que corresponden a las huellas de nuestro trayecto realizado, para así poder repetirlas o hacerlas de vuelta en caso de que no reconozcamos el camino. Múltiples Datum: para poder ocupar el GPS con las cartas topográficas del propio país. Cartografía digital incluida en el propio receptor: útil para ver plasmado sobre un mapa, donde nos encontramos.

GPS TOPOGRÁFICOS PRECISIÓN (MENOR A 10 A 50 cm) Estos GPS pueden ser muy útiles para las tareas de la topografía general como planimetría, control fotográfico, el estacado de lotes, etc Las técnicas de corrección diferencial requieren el uso de un receptor GPS extra (estación base) Utiliza el código C/A + código P + fase portadora L1

GPS GEODESICOS Son los de mayor precisión Utilizan doble frecuencia Requieren el uso de un receptor GPS extra (estación base) Utiliza el código P + fase portadora L1 + Fase portadora L2 Ejemplo: Uso en desplazamiento de las placas de la tierra PRECISIÓN (5 mm)

CARACTERISTICAS BASICAS QUE DEBE TENER UN NAVEGADOR GPS PARA CARTOGRAFIA

METODOS DE POSICIONAMIENTO Posicionamiento absoluto Posicionamiento relativo o diferencial

POSICIONAMIENTO ABSOLUTO Es el posicionamiento que se realiza con un solo receptor, y corresponde a encontrar la solución de una intersección directa de todas las distancias receptor- satélite sobre el sitio de ubicación del receptor en un período de observación dado. El receptor recibe las señales de los satélites y determina su posición en coordenadas absolutas y en el sistema de referencia al que están referidos los satélites. Debe por tanto recibir la información de al menos cuatro satélites, ya que cada uno de ellos proporciona una ecuación al sistema. (Guio, 2008)

VENTAJAS Y DESVENTAJAS Con un sólo instrumento de observación se puede obtener la posición del observador Varios limitantes que pueden afectar la precisión: Requiere el uso de software apropiado Influencia importante de los errores producidos por la atmósfera Imposibilidad de eliminar errores por compensación, como son el efecto multipath, osciladores, excentricidad de la antena, retardo atmosférico, etc.

POSICIONAMIENTO RELATIVO O DIFERENCIAL Comúnmente denominado posicionamiento diferencial, consiste en hallar la posición de un punto, estático o móvil, mediante observaciones realizadas en ese punto a unos determinados satélites de manera simultánea a las realizadas en otro punto, llamado de referencia o base. La posición relativa del punto es establecida a partir de la posición conocida a priori del punto de referencia. (Guio, 2008)

VENTAJAS Y DESVENTAJAS Con este método se pueden tener posiciones relativas muy buenas y de mayor precisión que la absoluta Las posiciones del nuevo punto en términos de precisión dependerán de las condiciones de precisión en la determinación, absoluta o relativa, del punto de referencia.

CAMPOS DE APLICACIÓN DE LOS GPS Mercadeo Militar Geodesia Navegación Minería Agricultura Investigación SIG Topografía GPS