Post on 07-Jul-2018
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
1/56
Introducción al GNSS(Sistema Global de Navegación Satelital)
http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3//commons.wikimedia.org/w/index.php?title=File:Flag_of_Europe.svg&page=1
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
2/56
•Descripción del Sistema GPS
•Clasificación Según su Aplicación
• Ventajas del Sistema GPS
•Limitaciones del Sistema GPS
•Los Sistemas de Navegación GNSS.
•Sistemas de Ampliación
•Navstar
•Glonass
•Galileo
•Compass
•Gagan
Introducción al Sistema GNSS
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
3/56
Introducción al Sistema GPS
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
4/56
Global P ositioning S ystem
Sistema de Posicionamiento Global
Sistema puesto en servicio (1978 ) y administrado por el Departamento de Defensade los E. U. A. Usa la constelación NAVSTAR ( NAV igation S ystem Time AndR ange ) Sistema de Navegacion que proporciona tiempo y distancia y sirve paraproveer al usuario de información de alta precisión de:
· Navegación
· Ubicación exacta en 3D· Tiempo (Sincronización)
GPS
Introducción al Sistema GNSS
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
5/56
Constelación de 32 Satélites.
• 28 Satélites disponibles,• 4 Satélites de Reserva,• Ubicados en 6 planos orbitales,• 55° de inclinación,
• Angulo de separación 60°,• 20,200km de altura orbital,• 12 horas de período orbital,• Visibles entre 4 y 5 horas,• Vida Útil de 7.5 años,• Relojes atómicos deCesio-Rubidio,
• Precisión nanosegundo(mil millonésima parte de unsegundo)0.000 000 001 segundos.
Componentes del Sistema GPS
Segmento Espacial:
Ecuador 55°
Descripción del Sistema GPS
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
6/56
Estado Actual
NAVSTAR es manejado por el Departamento de Defensa de los Estados
Unidos, a través del Join Program Office (JPO) y se reserva el derecho debloqueo de la señal del GPS.El sistema puede ser utilizado libremente por usuarios civiles en todo elmundo a partir de la decisión del gobierno estadounidense de levantar lamedida de degradación intencional de la señal (Disponibilidad selectiva) enmayo del año 2000
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
7/56
11 Estaciones de Rastreoy monitoreo para realizar
la corrección de los relojes
de los satélites y de las
efemérides.
1. Colorado Springs
2. Ascensión
3. Diego García
4. Kwajalein
5. Hawaii
6. Washington DC
7. Ecuador8. Argentina
9. Inglaterra
10. Bahrain
11. Australia
Componentes del Sistema GPS.
Segmento Control:
Descripción del Sistema GPS
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
8/56
Componentes del Sistema GPS. Segmento Usuario:
Recibe las señales de los satélites y las utiliza para calcular laposición de un punto o móvil.
Procesador:
Convierte los datos en una posicióntridimensional y almacena la informaciónobtenida.
Receptor: Registra los datos transmitidos ycalcula la distancia receptor-satélite.
Antena: Recibe la señal de lossatélites.
Descripción del Sistema GPS
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
9/56
D = V x T
Mediciones de GPS con Código.
(Pseudo-Rangos o Pseudo-Distancias)
La Distancia es calcula po r la diferencia de
t iempo y la velocidad de transm isión d e la
señal de GPS.
Distancia = Velocidad X TiempoD= V x T
T = 10:25:30.1212-10:25:30.1901
T = 0.06873 seg.
D = 300,000 Km /seg . X ( 0.0687 seg . )
D = 20610 Km .
Vel. de Transm isión:
300,000 Km /seg.
10:25:30.12120
10:25:30.18993
Descripción del Sistema GPS
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
10/56
Mediciones de GPS con Fase Portadora.
La Distancia es calcula po r medio d el
num ero de c ic los rec ib idos y estos son
mu lt ip l icados por la longi tu d de onda.
Lo ng . de Onda en L1 = 19.05 cm .
Lo ng . de Onda en L2 = 24.45 cm .
Distancia = No. de ciclos X Long. De Onda
D= No. Ciclo x L O
Ejemplo:
No. De cic los recib ido s = 108188976.4D = 108188976.4 x 19.05 cm
D = 20610 K m .
No. de cic los
recibidos
10:25:30.1212
10:25:30.1901
Descripción del Sistema GPS
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
11/56
X=
Y=
Z=
Coordenadas en sistema WGS-84
X=Y=
Z=
X=Y=
Z=
X=
Y=
Z=
X=
Y=
Z=
Posicionamiento Puntual - absoluto
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
12/56
P = Posición Verdadera
En teoría la posición de un punto
puede tener una exactitud de 1 a 10
metros utilizando el código C/A
P
1 a 3 m
Posicionamiento Puntual - absoluto
C/A" (Coarse Acquisition) o de"Adquisición Común"
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
13/56
GPS no trabaja en unlaboratorio.
Trabaja en un mundo realel cuál tiene una serie defuentes de error.
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
14/56
• Modelo del reloj del Satélite
• El tiempo es una parte muy crítica para el GPS, y aún cuando
son usados relojes atómicos, estos estan sujetos a pequenas
imprecisiones de tiempo, y estas imprecisiones se traducen en errores
de posición.
• Incertridumbres en la Órbita
• La posición de los satélites en el espacio es también una parte
importante, ya que esta es el inicio de todos los cálculos.
•
Se desvía un poco de sus órbitas predefinidas.
Fuentes de Error
Errores en los Satélites.
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
15/56
• Los satélites GPS transmiten vía ondas de radio
la información de su tiempo y se asume que estas
senales de radio viajan a la velocidad de la lúz.
• Estas senales deben viajar a través de las diversas
capas que forman parte de la atmosfera.
• Al pasar por las diferentes capas, la senal sufre
retrazos.
• Estos retrazos se traducenen un error en el
cálculo de la distancia entre el satélite y el
receptor
20180 Km
200 KmIonósfera
50 Km
Tropósfera
Fuentes de Error
Errores de Observación.
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
16/56
• La Ionósfera
Fuentes de Error
Errores de Observación.
La ionosfera es la capa de laatmósfera ionizadapermanentemente debido a la
fotoionización que provoca laradiación solar
se extiendeaproximadamente entre los80 km y los 500 km dealtitud
http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/59/Propagaci%C3%B3n_por_onda_ionosf%C3%A9rica.svg
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
17/56
Predicción de la Radiación Solar.
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
18/56
• Cuando la señal GPS llega a la superficie
de la Tierra, esta puede reflejarse en
varios objetos.
• Primero la antena recibe la senaldirectamente, un poco mas tarde recibe
la senal que ha sido reflejada en alguna
obstrucción.
Fuentes de Error
Multi-Trayectoria.
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
19/56
• Los errores producidos por el centrado
de la antena se deben a una deficiente
nivelación del receptor y a descuido del
operador. La altura de la antena debe
medirse cuidadosamente antes y después
de la observación
Fuentes de Error
Centrado de la antena.
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
20/56
• La reducción en la presición por
esta causa se elimina buscando
mayor volumen en el tetraedro
formado por los vectores que vande la estación receptora a los
satélites y ángulos diferentes entre
esos vectores en la estación.
Fuentes de Error
Deficiente geometría de los satélites.
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
21/56
0
100
200
300
400
M
e t r o s
User Equivalent Range Errors. (UERE)
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
22/56
¿Cómo se puede mejorar
la Precisión?
Utilizando el
GPS Diferencial
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
23/56
10 ° 10 °
Angulo de Corte = Angulo de Elevación.
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
24/56
Es un indicador de la incertidumbre de una posición con respecto a lageometría de los satélites
Es un indicador de la fuerza de la figura formada por los satélites rastreados enel momento de la medición
GDOP (Geométrica)
Inlcuye Lat, Lon, Altura y Tiempo PDOP (Posición)
Incluye Lat, Lon y Altura
HDOP (Horizontal)
Incluye Lat y Lon
VDOP (Vertical) Incluye altura sólamente
GDOP Bueno
Perdida de Precisión (DOP).
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
25/56
Es un indicador de la incertidumbre de una posición con respecto a lageometría de los satélites
Es un indicador de la fuerza de la figura formada por los satélites rastreados enel momento de la medición
GDOP (Geométrica)
Inlcuye Lat, Lon, Altura y Tiempo PDOP (Posición)
Incluye Lat, Lon y Altura
HDOP (Horizontal)
Incluye Lat y Lon
VDOP (Vertical) Incluye altura sólamente
GDOP Pobre
Perdida de Precisión (DOP).
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
26/56
X=
Y=
Z=
X=Y=
Z=
X=Y=
Z=
X=, Y=, Z=
X=
Y=Z=
X=
Y=
Z=
Posicionamiento Diferencial.
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
27/56
GPS Diferencial.
Se determina una posición a partir de otra conocida.
Línea Base Línea Base
Punto a medirPunto conocido
X, Y , ZPunto a medir
Posicionamiento Diferencial.
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
28/56
GPS Diferencial.
Posición relativaentre dos o más
estaciones GPS.
•Elimina los erroresen los relojes y enlas efemérides.
•Elimina los efectosatmosféricos.
Posicionamiento Diferencial.
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
29/56
•Diferencial en Post - Proceso•Solución u obtención de las coordenadas en proceso
posterior.
•Diferencial en Tiempo Real•Obtención de las coordenadas al instante.
GPS Diferencial
Posicionamiento Diferencial.
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
30/56
Post Proceso
GPS Diferencial
Posicionamiento Diferencial.
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
31/56
Programa de Pos - proceso:
•Cálculo de la posición.•Métodos diferenciales.•Transformación de Coordenadas.•Exportación / Importación de datos.• Ajuste de Redes.
GPS Diferencial
Post Proceso
Posicionamiento Diferencial.
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
32/56
Procesador: Convierte los datos en unaposición tridimensional y almacena lainformación obtenida.
Receptor: Registra los datos transmitidos ycalcula la distancia receptor-satélite.
Antena: Recibe la señal delos satélites.
GPS Diferencial de Tiempo Real
Radio módem: Establece el radio enlaceentre las estaciones.
Posicionamiento Diferencial. RTK
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
33/56
Precisión (línea base):0.50m a 1m. (superior a 100km)
GPS Diferencial de Tiempo Real de Código
La Estación de Referencia:
• Ubicada en un punto conocido
• Rastreo de todos los satélites disponibles.
• Calcula las correcciones de las coordenadas.
•
Mediante el radio enlace transmite los valores de lascorrecciones de las coordenadas.
La Estación móvil :
• Recibe los valores de las correcciones mediante el
radio enlace..
• Aplica los valores de corrección para dar su posicióncorrecta.
Posicionamiento Diferencial.
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
34/56
GPS Diferencial de Tiempo Real de Fase
Precisión (línea base): 1cm a 2 cm + 2ppm. (hasta 50km)
La Estación de Referencia:
• Ubicada en un punto conocido
• Rastreo de todos los satélites disponibles.
• Mediante el radio enlace transmite las mediciones GPS
y las coordenadas de la estación de referencia.
La estación móvil :
• Recibe las mediciones GPS y las coordenadas de la
estación base mediante el radio enlace.
• La estación móvil se hace cargo del cálculo para la
solución de ambigüedades.
Posicionamiento Diferencial.
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
35/56
•Geodesia
•Topografía
•SIG/GIS
•Navegación Profesional
•Navegación Personal
•Sincronización
Aplicaciones del Sistema GPS
Clasificación según su Aplicación.
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
36/56
•Receptores de doble frecuencia.•40 o 72 Canales•Robustos.•Más Precisos.•Miden Código y Fase Portadora.•Medición de distancias largas (500 Km.. por ejemplo).
Precisión de la línea base:
3mm + 0.5 ppm Método Estático relativo diferencial
5mm + 0.5 ppm Método Estático Rápido10 a 20 mm + 1 ppm Método Cinemático5mm + 0.5 ppm en Tiempo Real.
Receptores Geodésicos.
Geodesia
Clasificación según su Aplicación.
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
37/56
•Receptores de una frecuencia.•40 o 72 Canales•Más ligeros que los geodésicos.
•Menor precisión.•Miden Código y Fase Portadora.•Medición poco frecuente de distancias largas (hasta 100km).
Precisión de la línea base:
10mm + 2 ppm Método Estático relativo diferencial15 a 30 mm + 2 ppm. Método Cinemático30 a 50 cm Método DGPS
Topografía
Receptores Topográficos
Clasificación según su Aplicación.
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
38/56
•Receptores de una frecuencia.•De mano.•Menor precisión.•Miden Código y solo algunos modelos miden Fase Portadora.•Medición poco frecuente de distancias largas (hasta 20km).
Precisión de la línea base con mediciones de pseudo rango (código):
0.30 a 0.50 metros, Método Estático relativo diferencial0.50 a 1.0 metros, Método Cinemático.0.30 a 0.50 metros, Método DGPS
Sistemas de Información Geográfica
Receptores GPS/SIG
Clasificación según su Aplicación.
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
39/56
•Receptores de una frecuencia.•De mano.•Baja precisión.•Miden Código Únicamente.•Equipos para proveer ubicación a vehículos terrestres, aéreos ymarítimos.
Precisión de la ubicación:
3 a 10 metros.0.50 a 1 metros con DGPS(RADIOFARO - RACAL – OMNISTAR-WAAS).
Receptores para la Navegación Aérea o Marítima.
Navegación Profesional
Clasificación según su Aplicación.
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
40/56
•Receptores de una frecuencia.•De mano.•Baja precisión.
•Miden Código Únicamente.•Equipos para proveer ubicación a Personas.
Precisión de la ubicación:
3 a 10 metros.
Navegación Personal
Clasificación según su Aplicación.
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
41/56
•Receptores de una frecuencia.•Receptores robustos y/o para montaje en gabinetes de control
•Base de tiempo de mayor exactitud.•Precisión Autónoma ( Promedia Posición de 24 a 72 Hrs.)•Miden Código y Fase Portadora.•Múltiples salidas para sincronía y control de otros dispositivos.•Opción de trabajar con bases de tiempo: Atómica, Rubidio, Cesio y Cuarzo.
Precisión del Tiempo:
10 milisegundos o nanosegundos con relojes de Rubidio.
Receptores para la Sincronización.Sincronización
Clasificación según su Aplicación.
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
42/56
•No es necesaria la visibilidad entre estaciones.•Selección de sitio independiente de la red.•Reducción del número de sitios.•Beneficios ambientales.•Independiente del clima.•Operación diurna y nocturna.•Operación sencilla.• Amplia gama de aplicaciones.•Precisión Geodésica.
•Significativamente más rápido.• Ventajas económicas.
Ventajas vs Equipo convencional
Ventajas….
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
43/56
•Mediciones a cielo abierto.
•Obstrucciones:· Interferencia Electromagnética.
· Edificios y construcciones.· Cerros y montañas.· Follaje.
Limitaciones vs Equipo convencional
Limitaciones….
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
44/56
Interferencia Electromagnetica.
Limitaciones….
GNSS
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
45/56
GNSS
- Global Navigation Satellite Systems
- Comprende todas las tecnologías espaciales de
navegación incluyendo los sistemas deampliación
El F d l GNSS Si d A li ió
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
46/56
•WAAS – Wide Area Augmentation System
(Sistema de ampliación del ancho del
area).
•Diseñado por la Administración de laAviación Federal (FAA) de U.S.A.para proveer el incremento necesario de
la señal de el GPS SPS (Standar
Positioning Service)utilizado en la
navegación para las operaciones en la Aviación
•Recibido en L1 por recpectores con
WAAS
•Provee DGPS
•Practicamente ningún beneficio para latopografía
•Solo L1 no en la doble frecuencia
•Código de baja precisión (+/- 3 m)
Las principales entidades que han
desarrollado actualmente sistemas
SBAS son:
- Estados Unidos: (WAAS)
- Europa (EGNOS)- Japón (MSAS).
Se encuentra en proceso de desarrollo:
- India (GAGAN)
- En proyecto:
- China (SNAS)
- Latinoamérica (SACCSA).
El Futuro del GNSS – Sistemas de Ampliación.
El F d l GNSS GLONASS
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
47/56
Sistema Rusoequivalente al GPS.
El futuro del GLONASSestá garantizado.
Disponibilidad deSatélites y ciclo de vidaimpredecible.
15 de Enero 2010 (15Satelites Disponibles)
El Futuro del GNSS – GLONASS.
La constelación GLONASS es manejada porlas fuerzas espaciales rusas y tiene las
mismas aplicaciones civiles y militares que elsistema GPS. Está compuesto por 24satélites activos y 3 de reserva, situados a19100Km de la superficie terrestre con unperiodo orbital de 11 horas y 15 minutos.GLONASS monitorea en 3 planos de
referencia separados entre sí 120°.
Igualmente cuenta con 2señales de navegación: La
estándar (SP) y la de altaprecisión (HP). El sistemaentro oficialmente enoperación en septiembre de1993.
El F t d l GNSS G lil
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
48/56
Que es Galileo ? Un Sistema Espacial de
Navegación basado y desarrolladobajo condiciones de la UniónEuropea
Inventado para ser un SistemaGlobal, optimizado para altaslatitudes Total compatibilidad con GPS Tecnología similar a GPS, ofreciendo
precisiones parecidas con la inclusiónde mensajes de integridad.
El Futuro del GNSS – Galileo.
Basado en el desarrollo de: Egnos(Sistema de aumentación basadoen satélites); proyecto comúnentre la agencia espacial de lacomisión europea y Eurocontrol(organización europea para laseguridad de la navegación aérea)
El F t d l GNSS G lil
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
49/56
Por que Galileo?
Creado como un sistema independiente evitando
problemas potenciales que puedan surgir de ladependencia del GPS y o GLONASS. 15 de Enero 2010.- 4 Satelites en Orbita. Sistema programado para entrar en 2013.
El Futuro del GNSS – Galileo.
El F t d l GNSS G lil
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
50/56
Diseño Propuesto del Sistema Dos propuestas
21 MEO [Medium Earth Orbit] más 3GEO [Geo-stationary]
36 MEO plus 9 GEO Costo estimado de 2.2 to 2.9 billones de
Euros Expectativas de la precisión en elPosicionamiento Autónomo
+/- 4.4m Horiz (95%) +/- 7.7m Vert (95%)
Expectativa del pago de cuotas para lautilización por parte del usuario [??]
El Futuro del GNSS – Galileo.
El F t d l GNSS G lil
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
51/56
1999 20042003200220012000 2005 2006 2007 2013
Operación
Implementación
del Sistema
Diseño del
Sistema
Desarrol lo de la
Tecno lo gía
Evaluación
en Orbita
Fase dedefinición
Línea de Tiempo.
El Futuro del GNSS – Galileo.
2008
El Futuro del GNSS Compass
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
52/56
Sistema de Navegación deCHINA. Actualmente 4 Satélites
Disponibles Funcional para el 2015. Constelación de 24 Satélites.
El Futuro del GNSS – Compass.
BEIDOU es un proyectodesarrollado por la RepúblicaPopular de China para obtenerun sistema de navegación porsatélite. A diferencia de los sistemas denavegación convencionales,Beidou usará satélites en órbitageoestacionaria.
El Futuro del GNSS Compass
http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3//commons.wikimedia.org/wiki/File:Geostat.gif
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
53/56
http://www.insidegnss.com/compass
El Futuro del GNSS – Compass.
El Futuro del GNSS GPS
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
54/56
Los futuros receptores incorporarán ambas tecnologías
Nuevos diseños de receptores, nuevos algoritmos,nuevos programas, etc..
El Futuro del GNSS – GPS.
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
55/56
Formato de CambioIndependiente del Receptor(Receiver IndependentExchange format). Serie dedefiniciones estándar para
promover los cambios libresde datos GPS y facilitar el usode los datos desde cualquierreceptor GPS con cualquiersoftware. El formato incluyedefiniciones para tresobservables GPSfundamentales: tiempo, fase ydistancia.
8/18/2019 Presentacion 4 Introd Al Gnnss
56/56
GRACIAS