Introduccion GPS
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Introducción al Sistema GPS Fecha del Congreso 1 11 LAS 2 APLICACIONES + OPUESTAS Navegación Def “Llegar a un destino por la ruta más apropiada” Determinando posiciones globales rápidamente Geodesia Espacial Def. “Determinar la forma y dimensiones de la Tierra y sus variaciones en el tiempo” Determinando posiciones con la máxima precisión. precisión Diferencias Ambas determinan posiciones. Navegación -> Tiempo Real Geodesia Espacial -> Máxima Precisión MUCHOS + APLICACIONES Fecha del Congreso 2 22 Eventos históricos en Navegación 1100 a.c. 200 a.c. 100 1492 1569 Navegación con estrellas Determina el radio Terrestre Mapa de navegación Velocidad y distancia Mapa del Mundo para marinos con “ángulos verdaderos” 1642-1727 Newton Ley de gravitación universal 1731 Hudley Sextante = Latitud 1761 Harrison Cronómetro = Longitud 1928 Reloj de cuarzo 1930 Aparece la radionavegación 1936 RADAR altimétrico (USA, Alemania) 1948 Primer reloj atómico 1953 Primer vuelo INS (B-29 4080km) 1957 Sputnik I empieza la era espacial Fecha del Congreso Fenicios Eratóstenes Ptolomeo Colón Mercator 3 33 Técnicas de navegación AUTÓNOMA Astronavegación Navegación Inercial Sistemas de radar de a bordo otros Fecha del Congreso NO AUTÓNOMA SISTEMAS EN TIERRA Balizas (VOR, NDB) Transponders (DME) Sistemas Hiperbólicos (OMEGA,LORAN) Combinados (TACAN+VOR+DME) Radares Aproximaciones (ILS,MLS) Marcas ópticas SISTEMAS ESPACIALES Doppler (TRANSIT, TSIKADA, DORIS) Distancias (GPS, GLONASS,Galileo) Mixtos de varias técnicas (EGNOS, WAAS, MT-SAT) 4 44 Eventos históricos en Geodesia Espacial Observación a Estrellas Geodesia Astronómica Observación a Globos Enlace Córcega- Europa Observación a Satélites 4-10-1957 Sputnik I Observación Doppler TRANSIT, TSIKADA, DORIS Observación Láser SLR, LLR Observación VLBI Radiotelescopios Observación fase, tiempo GPS, GLONASS, GALILEO Fecha del Congreso 5 55 Breve reseña histórica GPS 1972: Primeros estudios Posicionamiento militar preciso 3D Satélites no vulnerables a interferencias Receptores de bajo coste para los usuarios Satélites con mayor ‘vida útil’ Correcciones ionosféricas suficientes para poder dar una precisión en coordenadas de 2 metros 1973: Desarrollo desde programas separados 1978: Primer lanzamiento de SVs de desarrollo : Bloque I, febrero 1989: Lanzamiento satélites operacionales. 1993: Se declara la Capacidad Operativa Inicial (IOC) 1995: Se declara la Capacidad Operativa Total (FOC) Fecha del Congreso 6 66 Desarrollado como un sistema de uso dual: Uso militar para EEUU y aliados. Uso civil para todo el mundo (limitado). Base Legal que apoya estas dos usos. Marzo 1996, “Presidential Decision Directive” que se encuentra en la “U.S. Public Law” de Diciembre de 1997. Dicienbre 1994, “U.S. Space-Based Positioning, Navigation and Timing (PMT) Policy” http://pnt.gov Fecha del Congreso 7 77 SEGMENTOS DEL SISTEMA GPS SEGMENTO ESPACIAL SEGMENTO USUARIO Fecha del Congreso SEGMENTO DE CONTROL 8 88 SEGMENTO DE CONTROL Segmento de Control NAVSTAR. Efemérides Transmitidas. Segmentos de Control Independientes Efemérides Precisas. Fecha del Congreso 9 99 SEGMENTO DE CONTROL NAVSTAR Tiene como misión el seguimiento continuo de todos los satélites de la constelación NAVSTAR con los siguientes objetivos: Determinar: los parámetros orbitales de la órbita de cada satélite. determinar el estado de sus osciladores. Hallados los parámetros anteriores, emitirlos a los satélites para que éstos puedan transmitirlos a los usuarios. Hay tres tipos de instalaciones; Estación Maestra de Control (MCS), Estaciones Monitoras (MS) y Antenas Terrestres Fecha del Congreso 10 1010 PUNTOS DE CONTROL (12) 1ª Fase: 5 distribuidas en longitud por la superficie terrestre. (Colorado Springs, Hawaii, Kwajalein, Diego García, e Isla Ascensión) 2ª Fase: Cabo cañaveral (Florida) fue incluida 3ª Fase: 6 estaciones del NIMA incluidas. (Septiembre 2005) (Quito, Washington, Buenos Aires, Hermitage, Bahrain, Salisbury) Washington Hermitage MCS Colorado Springs Cabo Cañaveral Hawaii Bahrain Kwajalein Ascension Ouito Diego Garcia Buenos Aires Fecha del Congreso Smithfield 11 1111 ESTACIONES MAESTRA DE CONTROL La Estación Maestra de Control (MCS), localizada en la Base Aérea de Falcon en Colorado, mantiene las operaciones permanentemente. La MCS es responsable de todos los aspectos de control de la constelación, entre los que incluye: * Monitorización y control de todos los satélites. * Mantenimiento y solución de problemas en los satélites. * Monitorización y control del cumplimiento del estándar de posicionamiento GPS. * Actualización de los mensajes de navegación necesarios para mantener los requisitos de precisión en el servicio estándar de posicionamiento. Fecha del Congreso 12 1212 ESTACIONES MONITORAS Las Estaciones Monitoras reciben las señales transmitidas por los satélites visibles y obtienen información necesaria para calcular con gran precisión las órbitas de los satélites, utilizan receptores de dos frecuencias con relojes de cesio. Una vez enviados estos datos a la Estación Maestra, ésta calcula las efemérides de los satélites con un error menor de 1 m en sentido radial, 7 m en el de la trayectoria y 3 m en la perpendicular a la misma. Todo ello es incluido en el mensaje de navegación. Además toman datos metereológicos, para calcular el retardo troposférico. Existen 12 estaciones monitoras, una en cada punto de control. Fecha del Congreso 13 1313 ANTENAS TERRESTRES Son instalaciones que funciona bajo control remoto de la MCS. Su función es proporcionar la parte terrestre del interfaz de comunicaciones entre el segmento espacial y el segmento de control, y así conectar la MCS para que mande y controle los satélites. Son 4 :(Kwajalein, Diego García, Isla Ascensión, Cabo Cañaveral) Transmiten sobre banda S a 1.783,74 MHz. Cabo Cañaveral se añadió posteriormente. Fecha del Congreso 14 1414 RESUMEN DEL ESTADO ACTUAL Nombre de la Estación Colorado Spring Ascensión (Atlántico Sur) Hawaii (Pacífico oriental) Kwajalein (Pacífico Occidental) Diego García (Índico) Cabo Cañaveral 6Estaciones NIMA Fecha del Congreso Est. Monitora Est. Maestra Antena Terrestre SI SI NO SI NO SI SI NO NO SI NO SI SI NO SI I SI I NO I SI I SI I NO I NO 15 1515 CÁLCULO DE EFEMERIDES A partir de la observación de los satélites por las Estaciones Monitoras,de donde se conocen con gran exactitud las coordenadas en el Sistema de Referencia, actualmente WGS84 (G 873). La Estación Maestra recoge continuamente estas observaciones, y produce una estimación del estado de los satélites (estado de los relojes y parámetros de las efemérides). Las predicciones se realizan con los Filtros Kalman. Los Filtros Kalman que son una sofisticada herramienta estadística de estimación, residen en una computadora Mainframe en la Schreiver Air Force Base (AFB), Colorado. Fecha del Congreso 16 1616 MEJORAS DEL SEGMENTO DE CONTROL Inclusión de 5 nuevas Estaciones Monitoras del National Imagery and Mapping Agency (NIMA). (Alaska ,Tahití, Sudafrica, Nueva Zelanda, Corea) Actualizar MCS. Crear una MCS alternativa. Fecha del Congreso 17 1717 EFEMÉRIDES PRECISAS La precisión de las efemérides transmitidas por el mensaje de navegación es limitada. Para mediciones de alta precisión es posible usar efemérides precisas calculadas a partir de los registros de estaciones permanentes GPS. Fecha del Congreso 18 1818 EFEMÉRIDES PRECISAS Una de las fuentes de error más importantes es la poca precisión de las efemérides transmitidas por el mensaje de navegación del satélite. Existen organismos que con su propia red de estaciones de control en Tierra, calcula sus propias efemérides, con precisión de algún metro. Podremos llegar a precisiones subcentimétricas en posición horizontal, y del orden del centímetro en posición vertical. Conocidas con gran precisión las posiciones de una serie de puntos en Tierra, se obtienen las posiciones de los satélites observando sus señales. Fecha del Congreso 19 1919 EFEMÉRIDES PRECISAS Tabla que muestra el error introducido en el cálculo de la baselinea por la inexactitud en el conocimiento de la órbita. Error Orbital Longitud de Baselinea 2.5m 2.5m 2.5m 2.5m 0.5m 0.5m 0.5m 0.5m 1Km 10 Km 100Km 1000Km 1Km 10 Km 100Km 1000Km Fecha del Congreso Error en la Baselinea en ppm 0.1ppm 0.1ppm 0.1ppm 0.1ppm 0.002ppm 0.002ppm 0.002ppm 0.002ppm Error en la Baselinea en mm -mm 1mm 10mm 100mm -mm -mm -mm 0.5mm 20 2020 DETERMINACIÓN DE ORBITAS GPS POR EL IGS 7 centros de análisis pertenecientes al International GPS Service for Geodinamics (IGS) determinan las órbitas independientemente usando los datos de las estaciones IGS repartidas por todo el mundo. Cada uno de ellos calcula con un Software distinto. Ejemplo, El CODE (Europeo) calcula con Bernese. Las órbitas calculadas son combinadas para una solución de orbitas final del IGS. Permiten llegar a precisiones subcentimétricas en posición horizontal, y del orden del centímetro en posición vertical. Fecha del Congreso 21 2121 CENTROS DE ANÁLISIS DEL IGS Center for Orbit Determination in Europe(CODE), Suiza Natural Resources Canada(EMR), Canada European Space Agency(ESA), Alemania Geoforschungs Zentrum Institute(GFZ), Alemania Jet Propulsion Laboratory(JPL), USA National Geodetic Survey(NGS), USA Scripps Institution of Oceanography(SIO), USA Fecha del Congreso 22 2222 ESTACIONES DEL IGS Participan 379 estaciones en Junio 2006 en todo el mundo. Actualmente existen cinco estaciones del IGS en España Villafranca (ESA/ESOC) L,Ebre (ICC) Yebes (IGN) Maspalomas(ESA/ESOC) San Fernando (ROA) Fecha del Congreso 23 2323 ÓRBITAS DISPONIBLES ACTUALMENTE TIPOS DE ÓRBITAS Orbitas emitidas Órbitas predichas por el CODE Órbitas rápidas por el CODE Órbitas ultrarápidas del IGS Órbitas rápidas por el IGS Órbitas finales por el IGS CALIDAD (M) 3m 0.20m 0.10m 0.15m 0.10m 0.05m RETRASO EN DISPONIBILIDAD Tiempo Real Tiempo Real Después de 16 horas Después de 3 horas Después de 24 horas Después de 11 dias DISPONIBLE EN Mensaje de navegación CODE a través de FTP CODE a través de FTP Centros de Datos del IGS Centros de Datos del IGS Centros de Datos del IGS Las efemérides se recogen en archivos en formato SP3, que es el formato estandarizado internacionalmente de intercambio de datos orbitales GPS. En estos ficheros se especifica cada 15 minutos la posición de cada satélite respecto a un Sistema de Referencia Terrestre. Fecha del Congreso 24 2424 OTROS CENTROS DE DETERMINACIÓN DE ÓRBITAS Existen otros centros que realizan independientemente del IGS, él cálculo de órbitas. Uno de ellos, es el Geographical Survey Institute (GSI) de Japón, que a partir de cuatro estaciones realiza un cálculo orbital. El Instituto Geográfico Nacional, con la Red de Estaciones de Referencia GPS (ERGPS), espera realizar cálculos orbitales en un futuro próximo a través del Software Bernese. Fecha del Congreso 25 2525 EL SEGMENTO ESPACIAL Constelación NAVSTAR Otras Sistemas de Posicionamiento por Satélite La Señal GPS Fecha del Congreso 26 2626 CONSTELACIÓN NAVSTAR SV: CARACTERÍSTICAS BLOQUES: BLOQUE I, BLOQUES IIA, IIR, IIF, BLOQUE III PUESTA EN ÓRBITA: COHETES ATLAS F Y DELTA 2 RELOJES U OSCILADORES: CUARZO, RUBIDIO, CESIO, MÁSER DE HIDRÓGENO Fecha del Congreso 27 2727 SATÉLITES Energía Paneles solares para toma de energía y recarga de baterías, que permiten autonomía. Comunicación: Antenas emisoras en banda L para emisión a receptores GPS. Antena de recepción-emisión en banda S, para comunicación con centro de control. Control de movimiento: Volantes de Inercia en 3 ejes. Reflector láser para seguimiento (SLR). Identificación de cada satélite: PRN (Ruido Pseudo-aleatorio), característica del código de transmisión en bits Número orbital y número NAVSTAR (SVN) Fecha del Congreso 28 2828 BLOQUE I NAVSTAR GPS/Satélites Bloque 1 CAPACIDAD NOMINAL Tipos de servicios Navegación 1572.42 MHz y 1227.6 MHz (L-Band) de servicios 2227.5 MHz (S-Band) ESPECIFICACIONES DE TRANSPORTE Empresa constructora Rockwell International Plataform a Masa de lanzamiento 759 kg (1673 lbm) Vida útil 5 años ESTRUCTURA Dim ensiones (H x W x L) Construccion Paneles hexagonales de aluminio SISTEMA DE ENERGIA Potencia Nom inal 0.410 kw Paneles solares 2 paneles de sicilio Baterias 3 - 15 celdas Ah NiCd SISTEMA DE CONTROL DE POSICION Estabilización SATÉLITES 1 AL 11: PIONEROS, ESPERIENCIA PARA EL RESTO DE LOS BLOQUES, ACTUALMENTE NINGUNO EN FUNCIONAMIENTO Fecha del Congreso 29 2929 BLOQUE II NAVSTAR GPS/Satélites Bloque II CAPACIDAD NOMINAL Tipos de servicios Navegación 1572.42 MHz y 1227.6 MHz (L-Band) Frecuencias 2227.5 MHz (S-Band) ESPECIFICACIONES DE TRANSPORTE Empresa constructora Rockwell International Plataforma Masa de lanzamiento 1600 kg (3660 lbm) Vida útil 7,5 años ESTRUCTURA Dimensiones (H x W x L) Construccion Paneles hexagonales de aluminio SISTEMA DE ENERGIA Potencia Nominal 0.710 kw Paneles solares 2 paneles de sicilio Baterias 3 - 35 celdas Ah NiCd SISTEMA DE CONTROL DE POSICION Estabilización Estabilizado en 3 ejes SATÉLITES 13 AL 21: PRIMEROS TOTALMENTE OPERACIONALES, CAPACIDAD DE 14 DIAS DE OPERACIÓN SIN CONTACTO CON EL SEGMENTA DE CONTROL Fecha del Congreso 30 3030 BLOQUE IIA NAVSTAR GPS/Satélites Bloque IIA CAPACIDAD NOMINAL Tipos de servicios Navegación 1572.42 MHz y 1227.6 MHz (L-Band) Frecuencias 2227.5 MHz (S-Band) ESPECIFICACIONES DE TRANSPORTE Empresa constructora Rockwell International Plataforma Masa de lanzamiento 1816 kg (4002 lbm) Vida útil 7,5 años ESTRUCTURA Dimensiones (H x W x L) Construccion Paneles hexagonales de aluminio SISTEMA DE ENERGIA Potencia Nominal 0.710 kw Paneles solares 2 paneles de sicilio Baterias 3 – 35 celdas Ah NiCd SISTEMA DE CONTROL DE POSICION Estabilización Estabilizado en 3 ejes SATÉLITES 22 AL 40: SEGUNDOS TOTALMENTE OPERACIONALES, CAPACIDAD DE 180 DIAS DE OPERACIÓN SIN CONTACTO CON EL SEGMENTA DE CONTROL Fecha del Congreso 31 3131 BLOQUE IIR NAVSTAR GPS/Satélites Bloque IIR CAPACIDAD NOMINAL Tipos de servicios Navegación 1572.42 MHz y 1227.6 MHz (L-Band) Frecuencias 2227.5 MHz (S-Band) ESPECIFICACIONES DE TRANSPORTE Empresa constructora Lockheed Martin Plataforma Based on AS-4000 Masa de lanzamiento 2032 kg (4478 lbm) Vida útil 10 años ESTRUCTURA Dimensiones (H x W x L) 152 x 193 x 191 cm Construccion Paneles hexagonales de aluminio SISTEMA DE ENERGIA Potencia Nominal 1.136 kw Paneles solares 2 paneles usando celdas de silicio Baterias 2 - NiH2 SISTEMA DE CONTROL DE POSICION Estabilización Estabilizado en 3 ejes SATÉLITES 41 AL 62: SON .LOS ACTUALMENTE EMPLEADOS, CAPACIDAD DE MÁS DE 180 DIAS DE OPERACIÓN SIN CONTACTO CON EL SEGMENTA DE CONTROL NUEVE CÓDIGO L2C (Septiembre 2005) BLOQUE IIR-M (2013 todos tendrán L2C) Fecha del Congreso 32 3232 BLOQUE IIF NAVSTAR GPS/Satélites Bloque IIF CAPACIDAD NOMINAL Tipos de servicios Navegación 1572.42 MHz y 1227.6 MHz (L-Band) Frecuencias 2227.5 MHz (S-Band) ESPECIFICACIONES DE TRANSPORTE Empresa constructora Boeing Plataforma Masa de lanzamiento Vida útil 15 años ESTRUCTURA Dimensiones (H x W x L) 244 x 197 x 197 cm Construccion SISTEMA DE ENERGIA Potencia Nominal 2.440 kw Paneles solares Baterias SISTEMA DE CONTROL DE POSICION Estabilización Estabilizado en 3 ejes LA CUARTA GENERCIÓN, SE PREVEE LA CONSTRUCCIÓN DE 12 SATÉLITES EL PRIMERO DE ELLOS SERÁ LANZADO EL 2007 Fecha del Congreso 33 3333 BLOQUE III • PRIMER SATÉLITE 2011 • TODA LA CONSTELACIÓN 2030 •MEJOR CAPACIDAD ANTIINTERFERENCIA PARA LAS PORTADORAS L1 Y L2 •DOS NUEVAS PORTADORAS PARA USO CIVIL •POSIBLEMENTE OSCILADORES DE MÁSER DE HIDRÓGENO Fecha del Congreso 34 3434 CURRENT BLOCK II/IIA/IIR/IIR-M SATELLITES ========================================= LAUNCH ORDER PRN SVN LAUNCH FREQ DATE STD+ US SPACE PLANE+ COMMAND ** ----------------------------------------------------------------- LAUNCH ORDER PRN SVN LAUNCH FREQ DATE STD+ US SPACE PLANE+ COMMAND ** ----------------------------------------------------------------- *II-1 14 14 FEB 1989 19802 IIA-22 05 35 30 AUG 1993 Rb B4 22779 *II-2 13 10 JUN 1989 20061 IIA-23 04 34 26 OCT 1993 Rb D4 22877 *II-3 16 18 AUG 1989 20185 IIA-24 06 36 10 MAR 1994 Rb C1 23027 *II-4 19 21 OCT 1989 20302 IIA-25 03 33 28 MAR 1996 Cs C2 23833 *II-5 17 11 DEC 1989 20361 IIA-26 10 40 16 JUL 1996 Cs E3 23953 *II-6 18 24 JAN 1990 20452 IIA-27 30 30 12 SEP 1996 Rb B2 24320 *II-7 20 26 MAR 1990 20533 IIA-28 08 38 06 NOV 1997 Cs A3 25030 *II-8 21 02 AUG 1990 20724 ***IIR-1 42 20830 IIR-2 13 43 23 JUL 1997 Rb F3 20959 IIR-3 11 46 07 OCT 1999 II-9 15 *IIA-10 15 01 OCT 1990 23 26 NOV 1990 Cs D5 17 JAN 1997 Rb D2 24876 25933 IIA-11 24 24 04 JUL 1991 Cs D6 21552 IIR-4 20 51 11 MAY 2000 Rb E1 26360 IIA-12 25 25 23 FEB 1992 Rb A2 21890 IIR-5 28 44 16 JUL 2000 Rb B3 26407 28 10 APR 1992 21930 IIR-6 10 NOV 2000 Rb F1 26605 *IIA-13 14 41 IIA-14 26 26 07 JUL 1992 Rb F2 22014 IIR-7 18 54 30 JAN 2001 Rb E4 26690 IIA-15 27 27 09 SEP 1992 Cs A4 22108 IIR-8 16 56 29 JAN 2003 Rb B1 27663 IIA-16 01 32 22 NOV 1992 Cs F6 22231 IIR-9 21 45 31 MAR 2003 Rb D3 27704 *IIA-17 29 Rb F5 29 18 DEC 1992 22275 IIR-10 22 47 21 DEC 2003 Rb E2 28129 *IIA-18 22 03 FEB 1993 22446 IIR-11 19 59 20 MAR 2004 Rb C3 28190 *IIA-19 31 30 MAR 1993 22581 IIR-12 23 60 23 JUN 2004 Rb F4 28361 IIA-20 07 37 13 MAY 1993 Rb C5 22657 IIR-13 02 61 06 NOV 2004 Rb D1 28474 IIA-21 09 39 26 JUN 1993 Rb A1 22700 IIR-M1 17 53 26 SEP 2005 Rb C4 28874 * Satellite is no longer in service. ** US SPACE COMMAND, previously known as the NORAD object numbe also referred to as the NASA Catalog number. Assigned at successful launch. *** Unsuccessful launch. Fecha del Congreso 35 3535 Estado a Mayo 2006 16 II/IIA satélites operacionales. 12 IIR satélites operacionales. 1er IIR-M lanzado 25 Septiembre 2005 Declarado utilizable 16 Diciembre 2005 2º y 3er IIR-M se lanzarán el 14/09/2006 y 14/12/2006 respectivamente. Fecha del Congreso 36 3636 PUESTA EN ÓRBITA • Cohetes Atlas F y MLV Delta 2 • Fases: - Primera y segunda etapa sitúan la tercera con satélite en “órbita de aparcamiento” con apogeo y perigeo a 870 y 180 km respectivamente. - La tercera etapa se sitúa en “órbita de transferencia” a 20180 km, pero con fuerte excentricidad. - Desamblaje de la tercera etapa y el cohete de inserción lleva al satélite a órbita casi definitiva - Los cohetes de maniobra retocan hasta órbita definitiva. Fecha del Congreso 37 3737 CONSTELACIÓN Fecha del Congreso 6 órbitas casi circulares a 20180 km de altitud, nombradas A, B, C, D, E, F., con 55º de inclinación. 4 satélites por órbita, 24 en total. Periodo de 12 horas de tiempo sidéreo. La configuración se repite 4 minutos antes cada día solar. Existen satélites desactivados y disponibles como reserva “spares” 38 3838 RELOJES U OSCILADORES Tipo de reloj Oscilador de Cristal de Cuarzo Rubidio Cesio Maser de Hidrógeno Frecuencia de oscilación (GHz) 0.05 Estabilidad por día (∆f/f) 10 -9 Tiempo para perder un segundo 30 años 6834682613 9192631770 1420405751 10 -12 10 -13 10 -15 30000 años 300000 años 30000000 años • Es la fuente de la frecuencia. • Por bloques: •Bloque I, algunos tenían osciladores de cuarzo. •Bloque II, osciladores de Cs •Bloque IIA, osciladores de Cs y Rb •Bloque IIR, osciladores de Rb •Bloque III, posiblemente osciladores de máser de H. Fecha del Congreso 39 3939 SEGMENTO DE USUARIO CONSTITUCIÓN : Cualquier receptor o grupo de receptores GPS en tierra, mar, en el aire o en el espacio. Software o aplicación de explotación de datos GPS recogidos por el receptor. APLICACIONES: Navegación en general: terrestre, aérea, marina Levantamientos geodésicos, topográficos y cartográficos Geodinámica y geofísica Detección remota: Troposfera-Ionosfera Transporte de tiempo y frecuencia etc Fecha del Congreso 40 4040 RECEPTORES GPS Desde el tamaño de una calculadora hasta un las dimensiones de un armario rack Antena, pantalla, teclado, puertos, PC?, teléfono?, tarjetas OEM De 300 EUROS a varios MILES según capacidades, precisión, interfaces, etc Fecha del Congreso 41 4141 RECEPTORES GPS ELEMENTOS IMPRESCINDIBLES: ANTENA SECCIÓN DE RADIOFRECUENCIA MICROPROCESADOR+FIRMWARE OSCILADOR FUENTE DE ALIMENTACIÓN + INTERFAZ DE USUARIO MEMORIA DISPOSITIVO DE PUESTA EN ESTACIÓN PUERTOS OTROS ELEMENTOS DISPOSITIVO DE RETRANSMISIÓN CONEXIÓN FRECUENCIA EXTERNA SALIDA TIEMPOS 1PPS Fecha del Congreso Alimentación ELEMENTOS ACCESORIOS Radiofrecuencia Microprocesador Oscilador 42 4242 ANTENAS GPS OBJETIVO: Verdadero ‘sensor’. Convertir la radiación electromagnética procedente de los satélites en señal eléctrica y viceversa. Receptoras y emisoras (sat) CONSIDERACIONES: PREAMPLIFICADOR: Elemento amplificador de la señal recogida por la antena para evitar pérdidas por resistividad de cables. Activas: Alimentación CC 5-15 v TIPOS DE ANTENAS: Monopolar o dipolar Quadrifilar Helix Cónico espiral Helix Microstrip, sobre elementos cerámicos. Miniaturización Fácil construcción- bajo coste Choke Ring Fecha del Congreso 43 4343 ANTENAS GPS PROBLEMAS: Interferencias RF Multipath o Multitrayectoria Planos de Tierra Choke Ring Señal directa Señal reflejada Fecha del Congreso 44 4444 ANTENAS GPS PROBLEMAS: Centros de fase No coincidencia de los centros mecánicos de las antenas con sus centros de fase. Variación de los centros de fase con la altura de los satélites Orientación de las antenas Fecha del Congreso 45 4545 • CONDICIONANTES EN ANTENAS GPS Debe ser onmidireccional y preampliación. La señal preamplificada debe ser conducida por un cable blindado y de longitud limitada (10 – 30 cm.). Si se supera la distancia ha de intercalarse otro amplificador. Diseñadas para L1 ó L1 y L2 como portadoras. El tipo más frecuente es el denominado microstrip. Su diseño debe conseguir una variación mínima del centro de fase (variable con la elevación del satélite y las frecuencias El centro eléctrico debe ser muy próximo al centro físico (mecánico). Especialmente importante en la aplicación del método cinemático o dinámico (navegación). Calibración por una orientación y diferentes alturas de satélite en trabajos geodésicos o geodinámicos, tablas de excentricidad y variación del centro de fase (PCV- Phase Center Variation). Orientación común en trabajos geodésicos. Plano de tierra y/o chock-rings para evitar multitrayectoria. Fecha del Congreso 46 4646 SECCIÓN RF Comúnmente conocida con el nombre de ‘canales’ Objetivo: Recoger la señal eléctrica de los satélites que llega desde la antena y seguirla en todo momento sin interrupciones por uno o varios canales Tipos: Multicanal: Seguimiento continuo en tantos canales como satélites. Recogen los datos en todo momento Tiempo Compartido: Sigue los satélites secuencialmente, manteniendo en cada satélite el seguimiento entre 0.5 y 2.0 seg.; 20 seg en blanco. Multiplexado: Secuencial. Un solo canal mantiene seguimiento en cada satélite durante 1/200 seg. Recoge datos en todo momento Fecha del Congreso 47 4747 MICROPROCESADOR Controla la operación del receptor, incluyendo: Adquisición de la señal El procesamiento de la señal Decodificación del mensaje de navegación Funciones adicionales: Cálculos de posiciones absolutas Velocidades, rumbos, distancias Conversiones de datums o sistemas de referencia Fecha del Congreso 48 4848 OSCILADOR Y FUENTE DE ALIMENTACIÓN Oscilador: Encargado de generar la frecuencia patrón para el control del reloj y réplica de códigos y longitudes de onda GPS Típico de cuarzo 10-9 Frecuencia externa (Cs, Rb, H-Máser) < 10-9 Fuente de alimentación: elemento encargado de aportar la energía eléctrica para las demás etapas del receptor Batería recargable o directamente a la red eléctrica Fecha del Congreso 49 4949 RECEPTORES GPS Elementos Accesorios INTERFAZ DE USUARIO Encargado de garantizar la comunicación entre receptor y usuario o viceversa. Generalmente constituidos por un teclado y una pantalla que permiten: Comprobar el aparato en el momento de su arranque: comprobación interna, autocalibrado Satélites localizados, en seguimiento por canales, acimutes, elevaciones. Tiempo GPS, semana GPS, día de año (DOY). Intensidad de la señal recibida (SNR). Condiciones de salud en los satélites: fallos en el mensaje, portadoras, modulación. Número de registros almacenados de cada satélite por el receptor (épocas). Pequeños cálculos con los satélites y el almanaque. Bondad de la geometría. Fecha del Congreso 50 5050 Gestor de archivos almacenados. Gestión de sesiones o misiones de trabajo. Información y conmutación de las fuentes de alimentación. Puertos de comunicaciones y transmisión de datos. Configuración. Información del software interno (firmware). Posición actual (navegación, sólo código con pseudodistancias). Dirección y velocidad. Progreso de la observación. Opción de la observación elegida: estática, dinámica, número mínimo de satélites, altura de máscara, intervalo de registro, parámetros... –Nombre, número sesión, estación, archivo. Fecha del Congreso 51 5151 RECEPTORES GPS Elementos Accesorios MEMORIA Dispositivo para almacenamiento de Los parámetros de configuración y trabajo del receptor. Almanaques, sesiones de observación, misiones Los archivos de datos registrados para su posterior procesamiento: tiempo, diferencias de fase y pseudodistancias Externa (tarjetas, cintas) o interna (estado sólido) Memoria diferida: ordenadores, dataloggers Capacidad: Datos de 6 satélites tomados cada 1 segundo representan 1,5 Mb/h DISPOSITIVO DE TRANSMISIÓN Se encarga de transmitir en ‘tiempo real’ los datos registrados por el receptor Ordenador, enlace de radio, radio-módem, línea telefónica dedicada RTK, DGPS Fecha del Congreso 52 5252 RECEPTORES GPS Elementos Accesorios DISPOSITIVO DE PUESTA EN ESTACIÓN Basada de estacionamiento sobre pilar Trípode + plataforma nivelante + plomada óptica Jalón o poste nivelado Incorporado al vehículo, aeronave o navío Sostenido a mano Fecha del Congreso 53 5353 Comunicaciones Puertos Físicos Elección de Estación Permanente GNSS Receptor GNSS Puerto LAN (RJ45) Estación de Referenvia de funcionamiento continuo Puertos serie (RS232) Doble Frecuencia (GPS) Puerto Bluetooth L2C (GPS) Puerto USB L5 (GPS) Seguridad Recuperacion L1/L2 Puertos Ethernet para FTP HTTP HTTPS Glonass (L1/L2) Autentificación Galileo De flujo de datos SBAS De Servidor FTP Canales FTP Push Intervalo mínimo Nº de IPs Corrección Multipath Sostware de Control Reducción Interferencias Gestión por HTTP HTTPS sin detener grabación Programar sesiones Filtrado de Ips Oscilador Externo 5´ó 10MHz Temperatura Funcionamiento Imperrmeabilidad (IP67) Memoria Capacidad Memoria Interna Memoria Interna cíclica Descarga memoria cíclica sin perder toma de datos Memoria Externa Fecha del Congreso Alimentación Alimentación Primaria Voltaje Conector Salidas NTRIP servidor y Cliente Tipos Tipos por puertos Cables de alimentación y comunicación Proteccion Sobretensión Alimentacion secundaria Reinicio autómatico por apagón Alimentación autoconmutable 54 5454 OTROS SISTEMAS DE POSICIONAMIENTO POR SATÉLITE GLONASS GPS+GLONASS GALILEO Fecha del Congreso 55 5555 GLONASS Global Orbiting Navigation Satellite System Administrado por las Fuerzas Espaciales Rusas. 24 satélites en 3 órbitas de 64.8º de inclinación a 19100 km de altitud con osciladores de Cs, y vida útil de 3 años. Sistema de Tiempo GLONASS, llamado GLONASST. Precisión de navegación la mitad que GPS (aprox.) Mejor precisión en Rusia con sistemas diferenciales. Transmite dos tipos de señales. SP señal de navegación de precisión estándar.(uso civil). Utiliza el Acceso de Frecuencia de División Múltiple L1=1602MHz + n*0.5625MHz donde “n” es entero y distinto para cada satélite HP señal de navegación de alta precisión.(uso militar). Fecha del Congreso 56 5656 GPS + GLONASS Sistemas diferentes con posibilidad de uso combinado. Problemas 1º : Diferente Sistema de Tiempo. Tiempo GPS y GLONASST. Solución, ambos mensajes de navegación contienen diferencia con TUC 2º : Diferente Sistema de Referencia: WGS84 y PZ-90 Solución, pasando todos los satélites a WGS84. Conociendo posiciones de varios satélites GLONASS en ambos sistemas se halla la transformación por mínimos cuadrados.La posición de satélites GLONASS en WGS84, se calcula por estaciones de seguimiento por todo el mundo, por técnicas láser, radar y ópticas. Fecha del Congreso 57 5757 GPS + GLONASS Ventajas (sobre todo mayor número de satélites, hasta 48). Zonas de poca visibilidad tienen más probabilidad de captar satélites. Tiempo de inicio es menor. Mayor integridad o confianza en los datos calculadas, para un mismo tiempo de observación. Conseguía mitigar el efecto de la disponibilidad selectiva. Fecha del Congreso 58 5858 GALILEO (GNSS) Desarrollado por la Unión Europea, y fundamentalmente por la Agencia Espacial Europea (ESA) Sistema civil independiente, pero con intención de ser complementario e interoperable con GPS y GLONASS Cobertura Mundial Nivel de prestaciones equivalentes al GPS Bloque IIF Constelación EGNOS con 21 satélites MEO (no geoestacionarios) y 3 satélites GEO (geoestacionarios) Previsto operativo en el año 2008 Fecha del Congreso 59 5959 GIOVE A (Primer Satelite Galileo MEO) Galileo In Orbit Validation Element Lanzado 28/12/2005 por nave Soyuz-Fregat desde Baikonur. 12/01/2006 emitió primeras señales Proximamente lanzamiento de GIOVE B Fecha del Congreso 60 6060 GALILEO (GNSS) Fecha del Congreso 61 6161 COMPARACIÓN DE GPS BLOQUE IIF Y GALILEO Numero Satélites Despliegue Coste del Satélite Coste de lanzamiento Vida Útil Masa del Satélite 1998 1999 GPS II F Galileo 33 12 años 19-26 Meuros 54 Meuros / sat 15 años 2102 kg 21/36 MEO + 3/9 GEO 24 meses 8.6 Meuros 9.3 Meuros / sat 15 años 433 kg 2000 2001 2001 2002 2003 2004 2005 2006 DEF SUSTITUCIÓN POR SATÉLITES BLOQUE II R DESARROLLO 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 DESPLIEGUE SUSTITUCIÓN POR SATÉLITES BLOQUE II F OPERACIÓN GALILEO OPERACIÓN GPS II F Fecha del Congreso 62 6262 Sistemas de Aumentación (SBAS) EGNOS / WASS / MSAS EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service): sistema de carácter regional (Europa) que tiene por objeto complementar y mejorar el servicio proporcionado por los sistemas GPS. OACI aprobó un nuevo concepto denominado CNS/ATM (Comunicaciones, Navegación, Vigilancia / Gestión del Tránsito Aéreo), cuyo objetivo era mejorar los sistemas actuales. La base tecnológica es la utilización de un Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS). Fecha del Congreso 63 6363 Desarrollado en paralelo con otros dos sistemas regionales similares: - WAAS (Wide Area Augmentation System) de Estados Unidos - MSAS (MTSAT Satellite Based Augmentation System) de Japón Los tres sistemas con compatibles e interoperables. prestaciones similares y totalmente Mediante su uso conjunto y con futuras extensiones, se espera poder llegar a proporcionar un servicio uniforme de navegación con cobertura mundial. Fecha del Congreso 64 6464 "sistemas de aumentación de cobertura amplia en los cuales el usuario recibe la información de aumentación a través de un transmisor embarcado en un satélite geoestacionario“ (OACI). Fecha del Congreso 65 6565 Segmento espacial Satélites geoestacionarios: - Inmarsat III Atlantic Ocean Region-East (AOR-E) - Inmarsat III F5, junto con el nuevo satélite de telecomunicaciones de la ESA Artemis. Fecha del Congreso 66 6666 Funcionamiento del sistema (Mº Fomento) Fecha del Congreso 67 6767 Servicios: • Telemetría / GEO Ranging (R-GEO): Transmisión de señales GPS desde tres satélites geoestacionarios (INMARSAT III AOR-E, INMARSAT III IOR y el ARTEMIS): aumento del nº de satélites, disponibilidad, continuidad y precisión. • Integridad / GNSS Integrity Channel (GIC): Distribución de información de integridad: aviación civil (no precisión). • Precisión / Wide Area Differential (WAD): Distribución de correcciones diferenciales. Fecha del Congreso 68 6868
