Sistema De Posicionamiento Global

GPSINTEGRANTESLUIS SANTOS TORRES.

GPS (Global Positioning System)Inicia como investigacin bsica para la defensa militar de los Estados Unidos en 1973.Los sistemas antescesores fueron LORAN y TRANSIT.Fue declarado funcional en 1995.La base de este sistema es la utilizacin de satlites para ubicar puntos en la Tierra.

Funcionamiento del GPS.El funcionamiento de este sistema consiste en 5 pasos sencillos que son:1.- Trangulacin.2.- Distancia.3.- Tiempo.4.- Posicin.5.- Correccin.

Trangulacin. Consiste en utilizar los satlites en el espacio como punto de referencia y realizar una medicin de nuestra distancia hacia al menos 3 satlites. La primera medin la hace un satlite formando una esfera respecto a su orbita siendo el centro de sta el mismo satlite.

Triangulacin.La siguiente medin la realiza otro satelite formando otra esfera.La ltima medin es realizada por el tercer satlite cortando a las dos esferas anteriores dando como resultado dos posiciones.

Distancia.La medicin de la distancia se lleva a cabo midiendo el tiempo que tarda una seal emitida por el satlite hacia el receptor del GPS.(Tiempo de retardo)(Vel. de la luz)= Dist.Para esto se requiere una buena sincronizacin.

Tiempo.La medicin del tiempo de viaje de una seal es la clave para el GPS, por esa razon los satelites cuentan con relojes exactisimo como lo son los relojes atmicos.

Para la sincronizacin del satlite y de un receptor de GPS, estos deben sincronizar su CODIGO PSEUDO ALEATORIO.

Para obtener una sincronizacin de nuestro receptor y el satlite, se realiza una medicin adicional.

Posicin.Debido a la altura a la que encuentran los satlites(20,000km) es predecible su orbita.

Contnuamente es monitoreada la posicin de los satlites.

Correccin.Para minimizar el problema del ruido en un viaje a travs de la atmosfera, una solucin sera comparar la velocidad relativa de 2 seales diferentes.

Correccin.Para disminur el error en la posicin, se utiliza un principio llamado DILATACIN GEOMETRICA DE LA PRECISIN.

DESCRIPCIN DEL SISTEMA:

El sistema Global de posicionamiento (GPS por sus siglas en ingls) es sistema de navegacin compuesto de una red de 24 satlites a una altura de aproximadamente 20 000 Km. colocados en rbita por el departamento de defensa de los E.E.U.U. El sistema permite el clculo de coordenadas tridimensionales que pueden ser usadas en navegacin o , para determinacin de mediciones de precisin, provisto que se poseen receptores que capten las seales emitida por los satlitesEl GPS trabaja en cualquier condicin atmosfrica, en cualquier parte del mundo, las 24 horas al da. El uso de un GPS no tiene cargos mensuales osuscripcin por el uso de la seal

Existe una estacin maestra de control (situada en Colorado Spring).Esta se encarga de calcular las efemrides de cada uno de los satlites. Hay 3 estaciones de carga:Estn situadas en Diego Garca, Isla Ascensin, KwajaleinTransmiten datos (mensaje de navegacin) y reciben las seales que los satlites envan a estas estacionesAdems hay 5 estaciones monitoras.Reciben las seales transmitidas por los satlites y a partir de ellas obtienen informacin para poder calcular las efemrides de los satlites. Esta informacin es transmitida a la estacin mestra de control que es la encargada de calcular las efemrides y obtener as la posicin de los satlites con una posicin muy buena.

DESCRIPCIN DEL SISTEMA:

Los 24 satlites se estn moviendo en rbita alrededor de la tierra a 12.000 millas sobre nosotros.Cada satlite hace dos rbitas completas en menos de 24 horas.Los satlites GPS son accionados por energa solar. Tienen bateras de reserva para mantenerlos funcionando en caso de un eclipse solar o para cuando estan en la parte que es de noche.Una vez puesto el GPS en tu Vehiculo este se conecta a los satelites de Posicionamiento y calcula en que punto del planeta estas, asi mismo sabe a que velocidad vas, si estas elevandote, la hora y el dia de donde te encuentras y al mismo tiempo te dice que rumbo llevas.

DESCRIPCIN DEL SISTEMA:

Su computadora de viaje te dice:Velocidad Actual ( Hasta 1600 Km/hr) Velocidad Promedio Velocidad Maxima durante tu viaje Kilometros recorrido Tiempo del viaje (En Horas ) Elevacion sobre el nivel del Mar Posicion Actual ( latitud, Longitud) Hora del amanecer en ese punto del planeta Hora de la puesta del Sol en ese punto del planeta Direccion exacta a donde te mueves Te guarda rutas que mas usas Guarda tus lugares favoritos y te lleva de regresoEntre otras cosas....

COMPONENTES DE LA SEAL:

Los osciladores a bordo de los satlites GPS generan una frecuencia fundamental fo con una estabilidad en el rango de 10-13 . Dos seales portadoras en la banda L (llamadas L1 y L2) se generan mediante la multiplicacin entera de fo de la siguiente manera:fo = 10.23 Mhz Portadora L1 = 154 fo = 1575.42 Mhz @ 19 cm. Portadora L2 = 120 fo = 1227.60 Mhz @ 24.4 cm Para lograr obtener las lecturas de los relojes, se hace uso de dos cdigos. Estos cdigos se caracterizan por contener en ellos un ruido pseudo aleatorio (PRN).Cdigo P : fo10 = 10.23 Mhz en L1 y L2 Cdigo C/A : fo = 1.023 Mhz en L1

Los satlites emiten dos portadoras a la misma frecuencia. Estas portadoras estn moduladas en fase (BPSK) por diferentes cdigos pseudoaleatoriosLos cdigos deben tener una buena funcin de autocorrelacin: Para t=0 debe haber un pico lo ms acusado posible (el cdigo ser mejor cuanto ms largo). El nivel de los lbulos secundarios debe ser bajo (el cdigo ser mejor cuanto ms aleatorio sea). Cada uno de estos cdigos pseudoaleatorios se asigna a cada uno de los satlites. El receptor, para separar la seal de un satlite del resto, correla las series recibidas con el cdigo que desea detectar.

El cdigo que se quiere detectar superar un determinado umbral:

Es muy importante que el receptor y el satlite estn sincronizados para que la correlacin comience cuando llega la seal procedente del satlite.

Cdigo C/A

Empleado para navegacin de baja precisin (uso civil). Para obtenerlo se multiplica la salida de dos cdigos de 1023 bits. La frecuencia de reloj que se emplea es de 1.023 MHz donde, n es el identificativo de cada satlite T es el tiempo de duracin de 1 bit (10-6/1.023 s) El tiempo de duracin del cdigo es:

Cdigo P

Empleado para navegacin de alta precisin (uso militar). Para obtenerlo se multiplica la salida de dos cdigos (P1,P2) La frecuencia de reloj que se emplea es de 10.23 MHz La longitud de los dos cdigos que se multiplican para obtener el cdigo P es de: P1: 15345000 bits P2: 15345034 bits

donde, n es el identificativo de cada satlite T es el tiempo de duracin de 1 bit (10-6/10.23 s) Otro parmetro importante es la distancia asociada a la duracin de 1 bit:

Hay varios cdigos transmitindose simultneamente, se habla de una distancia mxima no ambigua que se refiere a la distancia recorrida por la seal en el tiempo de duracin del cdigo

La distancia equivalente a la duracin de un bit es,

FORMACIN DEL SISTEMA:

La descripcin del sistema de posicionamiento Global sigue la divisin acostumbrada para los sistemas satelitales de navegacin en tres segmentos:

SEGMENTO ESPACIAL

SEGMENTO DE CONTROL

SEGMENTO DEL USUARIO

El diagrama de bloques del generador de la seal GPS es el siguiente:

Estructura general del equipo de usuario

TIPOS DE RECEPTORES

El tipo de receptor a usar depender del tipo de observaciones y de la disponibilidad de cdigos. Los receptores GPS pueden ser clasificados de acuerdo a sus caractersticas de la siguiente manera:Cdigo C/A Cdigo C/A + fase portadora L1 Cdigo C/A + fase portadora L1 + fase portadora L2 Cdigo C/A + cdigo P + fases portadoras L1, L2Otra clasificacin de los receptores es por el tipo de:Receptores militares Receptores civiles Receptores para navegacin Receptores geodsicos.

Aplicaciones De Campamento En toda excursion siempre corre uno varios riesgos, uno de ellos es perderse, ya que en un lugar boscoso o desertico o simplemente no urbanizado no existen referencias que nos puedan ayudar a encontrar el camino de regreso, con un GPS Garmin podras saber siempre donde te encuentras, sin importar la posicion, incluso el navegador guardara el trazo o ruta que seguiste para regresar EXACTAMENTE por el camino que usaste.En el Mar Unos de los deportes mas fascinantes es la navegacion en barco o lancha, y como todo buen deporte lleva ciertas dificultades como perder de vista tierra o no saber exactamente en que limite se encuentra, los navegadores mas avanzados de Garmin traen entre otras cosas los limites de boyas preestablecidas para toda america ademas de que pueden ser configurados para que te den datos como velocidad, millas nauticas recorridas, trazo o ruta que seguiste desde que saliste de puerto, tiempo estimado de llegada a tu destino etc. etc.

JEEPEANDO (4x4) La emocion de explorar nuevos territorios es siempre divertido, mas si traes un navegador satelital que te permite saber tu proximo destino, tu posicion ( Lat y Lon ) altura, tiempo de recorrido, seria fascinante que pasaras tu posicion por radio a un compaero para que el te encontrara sin decirle a que distancia estas. En la ciudad No hay mejor jungla que la misma ciudad, Sabia usted que existen varias alternativas para llegar a un lugar, pero como solo sabemos una ruta tenemos muchas veces que soportar el trafico, con un navegador Satelital marcando ese punto que visita con regularidad podra un dia tomar una ruta alternativa y evitar ese molesto trafico, ya que en todo momento la pantalla de su GPS hacia que direccion se encuentra el sitio que busca y ademas le dice cuantos kilometros o metros le faltan por llegar, asi mismo le hace el calculo de tiempo promedio de arribo

INGENIERIA Muchas de las aplicaciones para GPS caen en la rama de la Ingenieria, ya que auxilian labores que antes solo se podian hacer a base de prueba y error como: SOLUZIONA Novo Control usa los GPS para marcar la ruta Gasoductos y tuberias, asi como sus valvulas en zonas totalmente no urbanizadas, donde hay que usar vehiculos especiales e incluso hay zonas done solo a pie se puede llegar, aunado a eso, la maleza cubre las valvulas y tuberias haciendo imposible encontrarlas, los ingenieros de SOLUZIONA han grabado decenas de posiciones para poder encontrar sin ningun titubeo las valvulas y darles el mantenimiento adecuado, incluso mandando ingenieros que nunca han ido a la lugar sin riesgo de que se pierdan.El Ingeniero Roberto Espinosa explora terrenos desconocidos en busca de Pozos de agua para su futura explotacion, antes de tener un GPS Garmin la unica manera regresar al pozo era recordando donde estaba, esta labor de "azar" fue reemplazada por la alta tecnologia satelital, ahora explora y graba la posicion de los pozos para regresar en cualquier momento con un error de tan solo 3 metrosAntena Point es una empresa que vende e instala antenas parabolicas, dichas antenas llevan una alineacion y deben de apuntar al satelite geoestacionario de manera precisa, antes realizaban su labor a prueba y error, ahora simplemente le dicen al GPS Garmin la Latitud y la Longitud del Satelite y automaticamente apunta la direccion que debe llevar la antena

Navegacin martima

GPSMAP 180 / GarminSu implantacin ha sido muy rpida (antes las embarcaciones empleaban el sistema TRANSIT). Se piensa que en poco tiempo toda la navegacin martima se basar en GPS. Actualmente tambin se emplean sistemas hiperblicos, pero estos sistemas tienden a desaparecer... El coste del sistema GPS es bajo (adems los barcos no requieren receptores de gran calidad) y lo puede usar cualquier embarcacin

Navegacin terrestreEn este caso hay dos mercados principales:Automviles, Integran el GPS y sistemas grficos avanzados para proporcionar un sistema de guiado desde un punto de una ciudad a otro evitando atascos... Recptores personales, Excursiones en 4x4, como sistema de guiado para invidentes... La gran penetracin de este sistema se debe al bajo coste de los receptores. En la actualidad se emplea en aplicaciones profesionales: Transportes internacionales Redes de autobuses Policia Ambulancias

Aplicaciones militaresComo el GPS es un sistema desarrollado por el ejrcito el desarrollo del GPS en este campo ha sido ms rpido que en las aplicaciones civiles. Se emplea en la nevegacin militar (aeronaves, vehculos terrestres, barcos...). Una de las aplicaciones es, Guiado de misiles Constituye una revolucin para los sistemas militares, se usa para el posicionamiento de las tropas...

Ciencias geogrficasPermite situar puntos con gran precisin. Se pueden construir mapas geogrficos mucho ms precisos, mejorando los que haba hasta ahora.Otras aplicaciones Sincronizacin, pues el GPS ofrece una referencia temporal muy exacta. Lo usan algunos sistemas de transmisin... Para conseguir la referencia temporal slo se necesita un satlite, es muy barato Defensa civil, para la localizacin y delimitacin de zonas afectadas por grandes catstrofes y guiado de vehculos de auxilio. El GPS est causando un gran impacto tanto en aspectos tecnolgicos como econmicos.

LimitacionesEl sistema GPS requiere sistemas de medidas de retardo muy precisos. Puede suceder que el receptor slo sea capaz de recibir las seales de 3 satlites. En este caso se pide al usuario que introduzca la altura y se emplea el GPS en 2D. La seal tarda unas centsimas de segundo en llegar al receptor, la posicin del satelite que hay que considerar para calcular la posicin del usuario es la que tena el satlite en el momento de transmitir la seal.

LimitacionesLa ms importante es la dependencia de un nico pas EE.UU. Concretamente del DoD (departamento de defensa). Cuando ellos quieran pueden eliminar el uso por parte de los civiles del sistema.Existen dos formas para degradar la seal emitida por los satlites:Selective Avalibility Anti-SpoofingActualmente hay dificultad en su uso en ciudades con edificios altos.