UNIVERSIDAD DE LOS ANDESFACULTAD DE INGENIERIA TOPOGRAFIA IMERIDA, EDO- MERIDAMERIDA, EDO. MERIDA

SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL (GPS)

INTEGRANTES:

- GARCIA M. KRISLEYDI Y. C.I 20.396.102 - MARQUEZ B. OMAR J. CI 20.848.585

REFERENCIASCasanova, L.(2008). Topografa plana. Mrida, Venezuela. Primera edicin.

El sistema de posicionamiento global http://www.gps.gov/systems/gps/spanish.php

SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL (GPS)El sistema global de navegacin por satlite permite determinar en todo el mundo la posicin de un objeto, una persona o un vehculo con una precisin habitual de unos pocos metros de precisin.

SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL (GPS)

El sistema de posicionamiento global G.P.S, es un sistema mundial de navegacin desarrollado por el departamento de defensas de los Estados Unidos. Actualmente este sistema consta de 24 satlites artificiales (21 regulares y 3 de respaldo) y sus respectivas estaciones en la tierra, proporcionando informacin para el posicionamiento las 24 horas del da sin importar las condiciones del tiempo.

HISTORIA DEL G.P.SEn 1957, la Unin Sovitica lanz al espacio el satlite Sputnik I, que era monitorizado mediante la observacin del efecto Doppler de la seal que transmita. Debido a este hecho se comenz a pensar que, de igual modo, la posicin de un observador podra ser establecida mediante el estudio de la frecuencia Doppler de una seal transmitida por un satlite cuya rbita estuviera determinada con precisin.La armada estadounidense rpidamente aplic esta tecnologa, para proveer a los sistemas de navegacin de sus flotas de observaciones de posiciones actualizadas y precisas. As surgi el sistema TRANSIT, que estuvo disponible, adems, para uso comercial.

HISTORIA DEL G.P.SEn 1973 se combinaron los programas de la Armada y el de la Fuerza Area de los Estados Unidos posteriormente renombrado como NAVSTAR GPS. Entre 1978 y 1985 se desarrollaron y lanzaron once satlites prototipo experimentales NAVSTAR, a los que siguieron otras generaciones de satlites, hasta completar la constelacin actual.En resumen desde sus inicios puramente militares en el ao 1978, sus aplicaciones han ido incrementndose constantemente en diversas reas y los equipos receptores GPS han ido disminuyendo tanto en tamao como en costo.

DESCRIPCIN DEL SISTEMA

Un sistema GPS esta compuesto por los siguientes tres segmentos:

DESCRIPCIN DEL SISTEMA

SEGMENTO ESPACIAL: Conocido como la constelacin NAVSTAR conformado actualmente por 24 satlites.

SEGMENTO DE CONTROL: Conformado por estaciones de control master y de alimentacin. En tierra existen cinco estaciones de seguimiento de control, tres estaciones para la alimentacin de datos y una estacin de control maestro.

SEGMENTO USUARIO: Constituido por los receptores, recolectores de datos y programas de aplicacin o software. El receptor es el instrumento que recibe y decodifica la seal del satlite calculando las coordenadas del puntos deseada. Los receptores varan en precisin, tamao, capacidad de almacenamiento de datos y numero de satlites que utilizan para calcular posicin, estos equipos son constantemente mejorados en calidad y precisin debido al permanente desarrollo tecnolgico.

SEAL DEL GPS La Onda Portadora (carriers)

Los satlites GPS transmiten las seales en dos tipos de frecuencias de ondas portadoras, (en ingls carrier). Una onda se denomina "L1" y emite en una frecuencia de 1575.42 MHz (Megaherzios) y transporta, de ah el nombre "onda portadora", dos tipos de mensaje: El ya conocido Pseudo-Random Code para el tiempo.El mensaje de estado de la seal. La otra onda se denomina "L2", con una frecuencia de 1277.60 MHz, mucho ms preciso en su cdigo PRC que la anterior, se usa slo para fines militares.

Veamos que informacin transmite la onda portadora "L1":

1.- Los Cdigos Seudo-Aleatorios o "Pseudo-Random Codes".

A su vez el Pseudo-Random Code se divide en dos tipos:El primero se llama cdigo "C/A" (de "Adquisicin Comn"). Modula la onda portadora "L1". Se repite cada 1023 bits y modula en un ratio de 1 Mhz. Cada satlite tiene un nico Pseudo-Random Code. El cdigo "C/A" es la base para usos civiles del Sistema GPS. De ah su nombre: "Adquisicin o Captacin Comn"El segundo se llama cdigo "P" (Preciso). Este se repite en un ciclo de siete das y modula ambas ondas portadoras: L1 y L2 a un ratio de 10 MHz. Este cdigo es especial para usos militares y puede ser encriptado. Cuando se encripta se le llama cdigo "Y". Obviamente este cdigo "P" es mucho ms complicado que el "C/A" y por tanto ms complicado de captar o adquirir por los receptores. Incluso, los GPS utilizados para fines militares para adquirir las seales, primero utilizan el cdigo "C/A" y despus saltan al cdigo "P".

2.- El Estado de la Seal o Mensajes de Navegacin. Estos mensajes de navegacin o de estado, se encuentran en una seal de baja frecuencia aadida al cdigo "L1", la cual da informacin acerca de las orbitas de los satlites, las correcciones de su reloj y otras seales de estado del Sistema.

FUNDAMENTOS INVOLUCRADOS EN LA MEDICIONES CON GPS

TRILATERACION SATELITAL

Los satlites del sistema de posicionamiento global se encuentran girando alrededor de la Tierra en rbitas predefinidas a una altura aproximada de 20.200 kilmetros, siendo posible conocer con exactitud la ubicacin de un satlite en un instante de tiempo dado, convirtindose por lo tanto los satlites en puntos de referencia en el espacio (ver figura)

TRILATERACION SATELITAL

Supongamos que un receptor en la Tierra capta la seal de un primer satlite 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 siguiente figura

El punto puede estar ubicado en cualquier lugar de la esfera.

TRILATERACION SATELITAL

Si medimos la distancia de un segundo satlite al mismo receptor se generar una superficie esfrica de radio R2, que al intersecarse con la primera esfera se formar un crculo en cuyo permetro pudiera estar ubicado el punto a medir.

Circulo resultante de la intercepcin de dos esfera.

TRILATERACION SATELITALSi agregamos una tercera medicin, la interseccin de la nueva esfera con las dos anteriores se reduce a dos puntos sobre el permetro del crculo descrito tal y como se muestra en la siguiente figura.

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.

Puntos resultantes de la intercepcin de tres esferas.

TRILATERACION SATELITALMatemticamente es necesario determinar una cuarta medicin a un diferente satlite a fin de poder calcular las cuatro incgnitas x, y, z y tiempo.

Punto resultante de la intercepcin de cuatro esferas.

MEDICIN DE DISTANCIAS DESDE LOS SATLITESLa distancia de un satlite a un receptor se calcula midiendo el tiempo de viaje de la seal de radio desde elsatlite al receptor. Conociendo la velocidad de la seal de radio, la distancia se determina por medio de la ecuacin de movimiento con velocidad uniforme.D = v.t Siendo: D = distancia en kilmetros desde el satlite al punto considerado. v = velocidad de la seal de radio, aproximadamente la velocidad de la luz. v 300.000 km/s.t = tiempo de viaje de la seal en segundos.Para poder medir el tiempo de viaje de la seal, es necesario conocer mediante cierto procedimiento el instante en el que la seal parte del satlite.

MEDICIN PRECISA DEL TIEMPOLa medicin del tiempo de viaje es una actividad difcil de realizar. Debido a la gran velocidad de las seales de radio y a las distancias, relativamente cortas, a la cual se encuentran los satlites de la Tierra, los tiempos de viaje son extremadamente cortos.

El tiempo promedio que una seal tarda en viajar de un satlite orbitando a 20.200 kilmetros a la Tierra es de 0,067 segundos. Este hecho hace necesario la utilizacin de relojes muy precisos.

Los satlites portan relojes atmicos con precisiones de un nanosegundo, pero colocar este tipo de relojes en los receptores sera muy costoso. Para solucionar este problema los receptores corrigen los errores en la medicin del tiempo mediante una medicin a un cuarto satlite.

CONOCIMIENTO PRECISO DE LA ORBITA DEL SATLITEComo se ha mencionado, existen 24 satlites operacionales en el sistema NAVSTAR orbitando el la tierra cada 12 horas a una altura de 20.200Km. Existen 6 diferentes orbitas inclinadas aproximadamente 55 con respecto al ecuador. Alrededor de cada uno de estos planos giran 4 satlites monitoreados constantemente por el departamento de defensa de los Estados Unidos.En la tierra existen 5 estaciones de seguimiento y control: 3 Estaciones para la alimentacin de datos. 1 Estacin de control maestra.

La estacin de control maestra calcula con los datos de las estaciones de seguimiento, la posicin de los satlites en las orbitas, los coeficientes para las correcciones de los tiempos y transmiten esta informacin a los satlites.

ESTACIONES DE CONTROL MAESTRAS Y MONITOREO.

Los errores que afectan las mediciones con G.P.S. Se pueden agrupar en 3 tipos diferentes:

CORRECCIN DE ERRORES EN LA PROPAGACIN DE LA ONDAERRORESErrores originados por el medio de propagacin.Errores propios del Satlite.Errores en la recepcin.Error por ruta mltiple.Errores orbitales.Errores del reloj.Errores de configuracin geomtrica.

1. ERRORES PROPIOS DEL SATLITE.Errores orbitales: Afectan la determinacin de la posicin del satlite 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 orbitas de los satlites.Errores del reloj: Aunque sumamente precisos, los relojes atmicos pueden presentar variaciones debido a la deriva propia del instrumento y a la accin de los efectos relativsticos que originan un diferencial del tiempo entre el sistema del satlite y del sistema del G.P.S. Este diferencial de tiempo no es constante para todos los satlites, sin embargo, estos errores, de muy poca magnitud, son ajustados por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos.

1. ERRORES PROPIOS DEL SATLITE.Errores de configuracin geomtrica: El efecto de la geometra en la ubicacin de los satlites utilizados en la determinacin de un posicionamiento queda expresado por los parmetros de la dilacin de precisin geomtrica (DPG). Los parmetros de la DPG resultan en una medida compuesta que refleja la influencia de la geometra de los satlites sobre la precisin combinada de las estimaciones del tiempo y posicin de la estacin.La configuracin geomtrica ideal se da cuando la posicin relativa entre satlites forma ngulos agudos. Por el contrario una configuracin geomtrica pobre se da cuando los satlites estn alineados o su posicin relativa forma ngulos llanos.

2. Errores originados por el medio de propagacinCuando la seal penetra la ionosfera y la troposfera reducen la velocidad de la seal, pero actualmente los receptores de G.P.S. Toman en cuenta estas demoras haciendo las correcciones pertinentes.

Error por ruta mltiple: Se origina debido a la posibilidad de que una seal reflejada por objetos ubicados en la superficie de la tierra lleguen al receptor por dos o mas trayectorias diferentes.Para minimizar los efectos del multipath se han desarrollado antenas para filtrar las seales que llegan de diferentes direcciones.

3. ERRORES EN LA RECEPCINEl ruido.

Centro de fase de la antena.

Errores del reloj oscilador.

Error de disponibilidad selectiva (S/A): El cual es una degradacin de la seal del satlite causada en forma intencional por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos.