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EL SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL GPS
2.- Conceptos básicos de la constelación GPS
El GPS es un sistema satélite basado en señales de radio emitidas por una
constelación de 27 satélites activos en órbita alrededor de la Tierra a una altura de
unos 20 000 km aprox ..
El sistema permite el cálculo de las
coordenadas tridimensionales (en un
sistema absoluto) que pueden ser usadas
en navegación o para la determinación de
medidas
de
tiempo
preciso.
El sistema fue desarrollado por el
Departamento de Defensa de Estados
Unidos (DoD) con el objetivo de tener en
tiempo real la posición de cualquier móvil
o punto (equipado debidamente con un
receptor de señal GPS) en cualquier lugar
de la superficie terrestre
Este sistema surgió debido a las limitaciones del sistema TRANSIT que en la década de
los 70 proporcionaba posicionamiento utilizando métodos Doppler. El principal
inconveniente de los TRANSIT era la no disponibilidad de satélites las 24 horas del día.
2.- Conceptos básicos de la constelación GPS
2.1.- Segmento espacial
La constelación final y el número total de satélites ha variado con el tiempo
aunque actualmente cuenta con 24 satélites activos situados a una elevación
aproximada de 20180 km sobre la superficie terrestre y con una periodo orbital
de unas 12h (11h 58min).
Estos satélites emiten unas señales en banda L
llamados L1 y L2 que se generan a partir de unos
osciladores de abordo que generan una onda de
frecuencia fo = 10,23 MHz llamada frecuencia
fundamental.
fo = 10.23 Mhz
Portadora L1 = 154 x fo = 1575.42 Mhz  l = 19 cm.
Portadora L2 = 120 x fo = 1227.60 Mhz  l = 24.4 cm
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2.- Conceptos básicos de la constelación GPS
2.2.- Components de la señal GPS
Sobre estas portadoras se modula el mensaje de navegación y los códigos:
El mensaje de navegación contiene las efemérides del satélite y permite saber su
posición en cada instante del día.
Los códigos tienen características de ruido pseudoaleatorio (PRN, Pseudo Random
Noise) de forma que:
código C / A (coarse Adquisition)
código P (Precise / Protected)
se modula solamente sobre L1 y se repite cada 1 ms.
se modula L1 y L2 y se repite aprox cada 266.4 días.
El posicionamiento de un receptor GPS se puede realizar con cualquiera de los observables
de la señal GPS que son:
o bien los códigos posicionamiento menos preciso pero inmediato
o bien la fase de las portadoras L1 y L2 posicionamiento más preciso pero no inmediato.
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https://www.youtube.com/watch?v=IoRQiNFzT0k
VIDEO: CRITICAL THINKING
Bloc IIA
Bloc IIR
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3.- Como funciona GPS
3.1.- Principio de posicionamiento
La idea original de GPS es conocer la posición del observador / receptor en un
sistema de referencia absoluto global (posicionamiento absoluto). La posición
del receptor se determina a partir de las coordenadas de los satélites
observados y de las distancias relativas entre cada satélite y el receptor.
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3.- Como funciona GPS
3.2.- Modelo geométrico
R
Rs
R = Rx - Rs
Rx
Usuari GPS
Geocentro terrestre
Rx = posición geocèntrica de l’usuari = (xu , yu , zu )  incógnita
Rs = posición geocèntrica del satèl.lit = (x1 , y1 , z1 )  conocido por mensaje
navegación
R = distància relativa receptor/satèl.lit ó “pseudodistancia”  se puede calcular
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3.- Como funciona GPS
3.2.- Modelo geométrico
R
=
Rx - Rs
C. (Tusuari – Tsat1 + Tbias ) = (xusuari - x1)2 + (yusuari - y1)2 + (zusuari - z1)2
C. (Tusuari – Tsat2 + Tbias ) = (xusuari – x2)2 + (yusuari – y2)2 + (zusuari – z2)2
C. (Tusuari – Tsat3 + Tbias ) = (xusuari – x3)2 + (yusuari – y3)2 + (zusuari – z3)2
C. (Tusuari – Tsat4 + Tbias ) = (xusuari – x4)2 + (yusuari – y4)2 + (zusuari – z4)2
4 incògnitas
4 satélites (como mínimo!)
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3.- Como funciona GPS
3.3.- La pseudodistància
La distancia relativa satélite / receptor medida como tiempo de vuelo de la señal
multiplicado por la velocidad de la luz no es ciertamente la distancia geométrica
exacta entre estos dos puntos de ahí que se denomine pseudistància, ya que está
afectada de una serie de errores Todos estos error llevan a que la determinación
de coordenadas absolutas del receptor, con código, pueda llegar a errores de entre
100-150m sí SA-ON y unos 20m con SA-OFF.
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3.- Cóm funciona GPS
3.4.- Estimación del error en el posicionamiento GPS
El error en el posicionamiento GPS depende de la precisión con que medimos la
pseudistància, básicamente, y también depende de la configuración geométrica de los
satélites
que
estamos
observando.
El error en la medida de la pseudodistància llama UERE (User Equivalent Range Error),
mientras que la magnitud que expresa la "bondad" de la geometría de satélites visibles
llama
DOP
(Dilution
of
Precision).?
- UERE (User Equivalent Range Error) Es el error equivalente en la distancia relativa
satélite / usuario. Resulta de proyectar todas las posibles fuentes de error del sistema
GPS sobre la línea que une el satélite y el usuario. Es, por tanto, un error equivalente
para todos los satélites (es un error cuadrático medio) para posicionamiento absoluto,
en código P el UERE = 5-8m y en código C / A, UERE = 20-30m.
- DOP (Dilution Of Precision)
Error debido a la geometría de los satélites en el
momento del cálculo de la posición.
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Menos de 2
más de 6
3.- Como funciona GPS
3.5.- Resultado ecuación de posicionamiento
El resultado son las coordenadas cartesianas del receptor en un sistema de
referencia absoluto (Seeber, 1983) que pueden transformarse en latitud, longitud y
altura del receptor sobre el elipsoide de referencia WGS-84.
Rx
(x,y,z)
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3.- Como funciona GPS
3.5.- Resultado ecuación de posicionamiento
A partir de la latitud, longitud y altura del receptor calculadas en superficie ideal del
elipsoide WGS-84 como modelo 3D terrestre, se puede hacer la proyección en una
superficie plana más coherente con la realidad del terreno mapas y soportes
cartográficos.
ATENCIÓN: Hay que ser coherentes con la superficie plana elegida (operaciones de
conversión entre 3D y 2D).
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3.- Como funciona GPS
3.5.- Resultado ecuación de posicionamiento
• Geoide
Curva que determina el nivel del mar (varia según lugar)
En los continentes
se mide el nivel del
mar por el campo
gravitatorio
• En el sistema GPS la altitud se determina en relación a ellipsoid
WGS84
4.- Técnicas de posicionamiento con GPS
4.1.- Tipos de posicionamiento y procesado
Clasificamos básicamente dos tipos de resultados en el posicionamiento:
-Absoluto coordenadas absolutas en un sistema de referencia geocéntrico
-relativo / Diferencial coordenadas respecto de un punto conocido.
Rx
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4.- Técnicas de posicionamiento con GPS
4.2.- Concepto de integridad
5.- Receptores
5.1.- Funciones de un receptor GPS
Las funciones principales de un receptor son:
1º.- Sintonizar las señales emitidos por los
satélites
adquisición de la señal (hay
receptores
secuenciales,
receptores
continuos o multicanal y receptores con
canales
multiplexados).
2º.- Decodificar el mensaje de navegación.
3º.- Medir el retraso de la señal (tiempo de
vuelo desde el transmisor hasta el
receptor), a partir del cual se calcula la
posición.
4º.- Presentar la información de la posición
en la que se encuentra (en 3D ó 2D).
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5.- Receptores
5.2.- Tipos de receptores civils/comercials
Clasificaciónes posibles segun:
a.- Tipo de observaciones y codigo utilizado:
- Codi C/A
- Codi C/A + fase portadora L1
- Codi C/A + fase portadora L1 + fase portadora L2
- Codi C/A + codi P + fases portadores L1, L2
b.- Tipo de usuario:
- Receptors per a la navegació
- Receptors geodèsics
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