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Introdución al Posicionamiento con GPS

Sistema de Posicionamiento Global

Vista general

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Vista General De dónde son los GPS Como trabajan los GPS Estado de los GPS

Antes de los GPS teníamos...

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Antes de los GPS teníamos...

TRÁNSITO (Efecto Doppler)- Fijación de 16 días o menor- Precisión Sub-métrica casi en 3 días- Covertura mundial- Lat/Long/Altitud

LORAN (Triangulación)- Posición fija contínua.- Precisión de 300 metros- Cobertura limitada- Lat/Long

Ahora

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…Ahora

GPS- Posición fija contínua - Cobertura mundial- Lat/Long/Altitud- Precición de centímetros en segundos

TRÁNSITO (Efecto Doppler)- Fijación de 16 días o menor- Precisión Sub-métrica casi en 3 días- Covertura mundial- Lat/Long/Altitud

LORAN (Triangulación)- Posición fija contínua.- Precisión de 300 metros- Cobertura limitada- Lat/Long

Qué es un GPS?

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Qué es un GPS? Es un sistema muy preciso Desarrollado y mantenido por el US

Department of Defense Basado en un sistema de Satélites Vendido al Congreso de US como una idea

para desarrollar diversas aplicaciones inclusive de uso civil

La señal de los GPS es gratuita Ilimitado número de usuarios

Porqué utilizamos satélites para hacer mapas.

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Porqué utilizamos satélites para hacer mapas. No es necesario tener

línea vista entre los objetos

El sistema de GPS está basado en satélites

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El sistema de GPS está basado en satélitesUsa un sistema de trilateración desde los satélites 25 satélites - Capacidad inicial de operación Los satélites tienen una órbita muy alta 20,000

Km (12,600 millas) Sólo es posible con la tecnología de hoy día

Computadoras y relojes

Como es tan exacto el sistema?

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Como es tan exacto el sistema? Depende de algunas variables

El tiempo tomado en cada medida Alineación del receptor Posición relativa de los satélites

Puede ser más de 100 m sin corrección diferencial. GPS

Sub-métrico a 5 metros con corrección diferencial. GPS

Precisión sub-centímetro desde productos topográficos (survey)

El gobierno de US puede degradar la precisión del sistema.

5 pasos de un GPS

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5 pasos de un GPS

4

Sistema de trilateración1

Usa mensajes desde los sátelites para su localización.

Correcciones por la Troposfera y la Ionosfera5

Distancia desde los satélites (SV) usando la velocidad de la luz.2

3 4 SVs para resolver por X,Y,Z,t

Trilateración desde los Satélites

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Midiendo la distancia desde varios satélites usted puede calcular su posición.

Trilateración desde los Satélites

1

Trilateración

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TrilateraciónUna medida muestra la posición relativa que

tendría un observador en una esfera.

Esta es una posiciónrelativa en la esfera

17,460 Km

Trilateración

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TrilateraciónLa segunda medición intercepta las dos esferas y

muestra un área común.

La intercepción de las dosesferas se da en un círculo

Trilateración

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TrilateraciónLa tercera medida intercepta dos puntos del círculo

formado por las dos esferas anteriores

Trilateración

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TrilateraciónLa cuarta medición determina cual de los dos

puntos seleccionado en el círculo interior es el válido.

Trilateración

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TrilateraciónEn la práctica 3 mediciones son suficientes, sin

embargo Usted puede descartar un punto, sin embargo,

puede cometer errores importantes. Posicionar el punto fuera del espacio. O moverse a muy alta velocidad

Por eso es necesaria la cuarta medición para cancelar los errores de reloj.

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Medida de la distancia desde los satélites.

La posición es por medio de la medida del viaje de una señal de radio.

Posición de los Satélites2

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Mediciones a la velocidad de la luzMidiendo cuanto tarda la señal en ser recibida por

el GPS usted puede: Muiltiplique el tiempo por 300,000 Km/sec

Tiempo (seg) x 300,000 = Km

Si usted tiene un buen reloj en el recibidor, usted necesita conocer todas las posiciones exactas por medio de la señal enviada por los satélites.

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¿Cómo podemos saber cuándo la señal esta fuera del rango del satélite?

Una de las ideas inteligentes el GPS: Usa el mismo código para el recividor y el

satélite Se sincroniza los satélites y los recividores para

poder generar en mismo código al mismo tiempo

A continuación, nos fijamos en el código de entrada desde el satélite y ver cuánto tiempo hace que nuestro receptor genera el mismo código

Desde el satélite

Desde el recibidor en tierra

Medición de tiempos diferentes entre partes iguales de código

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Porqué un Código?Un Código le permite operar en cualquier lugar El Código permite a muchos satélites operar en

una misma frecuencia Código nos da una manera de aumentar la

relación de ruido de una señal

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Es necesario para la medición del tiempo de viaje de la señal.

Asegurarse de que tanto el receptor y el satélite están sincronizados

Todo el sistema depende de relojes muy precisos

Cada satélite tiene un reloj atómico Presición muy cara pero necesaria

Receptores en tierra tienen relojes consistentes y precisos.

El secreto está en el satélite extra ya que mide y ajusta los relojes de receptores.

3 Precisión de los relojes

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La idea de situaciónPrecisión de relojes

4 seg's6 seg's

En 2 dimensiones por motivo del dibujo

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Adicionando una tercer Medición

La tercera mediciónpasaría por nuestra

posición si es correcta

Precición de relojes

4 seg's 6 seg's

8 seg's

En 2 dimensiones

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Con relojes rápidos

Mala posición porque el reloj esta fuerade posición por un segundo

5 segerror de tiempo

7 segerror de tiempo

En 2 dimensiones

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Tercera Medición

Relojes rápidos

No pasará por los otros dos dando un error

En 2 dimensiones

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Se necesitan 4 Satélites para tener una posición en 3DSi buscamos en las diapositivas anteriores en 3d

Entonces tenemos que:4 satélites para posiciones en 3d (X, Y, Z, tiempo) 3 satélites para posiciones en 2d (X, Y, tiempo) -

el usuario puede introducir el valor Z Problema - si el usuario tiene una posición no

precisa Z, entonces X e Y será incorrecto!Solución - sólo trabajar en 3D!

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Después de todo, son hasta 20.000 kilómetros Órbita Alta Órbita muy estable No arrastre atmosférico Supervivencia de los equipos Cobertura en toda la Tierra

Monitoreado por el US Defense Department DOD transmite la corrección desde un satélite

Correción transmitida desde los satélites para mensajes de estado

4 Saber dónde están los satélites

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Saber dónde están los satélites - Efemérides

Estaciones de Monitoreo• Diego Garcia• Ascension Island• Kwajalein • Hawaii

Segmento espacial

GPS Control Colorado Springs

Efemérides actuales se transmite a los usuarios

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Correcciones AtmosféricasCorrecciones Aplicadas

estimadas Las señales se retrasan por

la ionosfera y la troposferaEl receptor hace correcciones estimadas para estos retrasos

5

IonosferaTroposfera

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GPS en 5 Pasos

4

Basado en Trilateración1

Uso de mensajes desde los satélites para la localización

Corrección por la Troposfera y la Ionosfera5

Distancia desde los satélites (SV) usando la velocidad de la luz2

3 4 SVs para resolverpara X,Y,Z,t

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Estado de los GPS En desarrollo desde 1973 Primer satélite lanzado en 1978 Todos los satéllites GPS construidos y probados La siguiente generación de (Block II R) están

en construcción Administrados por el US Department of

Defense

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25 satélites 6 planos con 55° de rotación Cada plano son 4 o 5 satélites

Órbita Muy Alta 20,000 km 1 revolución en

aproximadamente 12 horas Para precisión Survivability Cobertura

Descripción de la Segmentación del Espacio

Copiado desde ‘GPS Navstar User’s Overview’ preparado por GPS Joint Program Office, 1984

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Satélites Disponibles (Sept. 1995)

SVnumber

*10

14

13

16

19

17

18

20

21

PRN

12

14

2

16

19

17

18

20

21

Launchdate

m-d-yr

09-08-84

02-14-89

06-10-89

08-18-89

10-21-89

12-11-89

01-24-90

03-25-90

08-02-90

SVnumber

15

23

24

25

28

26

27

32

29

PRN

15

23

24

25

28

26

27

1

29

Launchdate

m-d-yr

10-01-90

11-26-90

07-04-91

02-23-92

04-10-92

07-07-92

09-09-92

11-22-92

12-18-92

SVnumber

22

31

37

39

35

34

36

PRN

22

31

07

09

05

04

06

Launchdatem-d-yr

02-03-93

03-30-93

05-13-93

06-26-93

08-30-93

10-26-93

03-10-94

*Bloque I

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Preguntas ?