UNIVERSIDAD YACAMBU
ASIGNATURA: EQUIPOS DE POSICIONAMINETO POR
SATELITES
PROFESOR: CESAR MARTINEZ
TRABAJO 1
TEMA: EL SISTEMA GPS (Sistema de
Posicionamiento Global)
SUBTEMAS:
1. Generalidades y descripción (Aris Mateo C.I. 9.587.458)
2. Utilidad y Fundamentos (Nancy Piccioni C.I. 11.773.280)
3. Características Técnicas e Introducción (Jose Mateo C.I.
13.107.259)
4. Disponibilidad Selectiva y conclusión(Tanny Farfan C.I.
8.457.193 )
INTRODUCCIÓN
El
sistema GPS (Sistema de Posicionamiento Global, por sus siglas en ingles) es un
sistema que se ha ido desarrollando a partir de la necesidad básica del ser
humano de ubicarse geográficamente. El
GPS destaca como uno de los avances tecnológicos mas importantes de los últimos
tiempos, permitiendo constantemente la estimación precisa de posición,
velocidad y tiempo de prácticamente cualquier objeto sobre la superficie
terrestre. Para producir estos datos
sobre la localización de cualquier punto, el GPS toma información muy valiosa
proveniente de satélites en órbita y también de estaciones terrestres.
El GPS
fue inicialmente diseñado y desarrollado a lo largo del tiempo, como una
herramienta para apoyar las labores del área militar de Norteamérica, pero
posteriormente se fue ampliando el uso hacia aplicaciones civiles en todo el
mundo.
Hoy en
día los GPS representan el método mas sofisticado y avanzado del cual se
dispone para localizar objetos, siendo utilizado en múltiples actividades como
la navegación, exploración, transporte, topografía, labores de rescate y
construcción, sin nombrar la infinidad de usos que este sistema puede tener.
Actualmente
se dispone en el mercado de una gran diversidad de receptores GPS, tanto
portátiles como fijos. Los portátiles
pueden llevarse a cualquier lugar por su forma compacta e integrada mientras
que los fijos pueden ser instalados en vehículos, barcos, aviones y
cualquier otro medio de transporte.
Los
receptores actuales poseen funciones avanzadas como almacenar en memoria la información
digitalizada de mapas, planos de calles de ciudades y pueblos, redes de
carreteras y otras prestaciones que puede mostrar gráficamente en su pantalla
con un buen nivel de detalle, facilitando en todo momento nuestra ubicación o
cualquier otra en el planeta.
1. Generalidades y Descripción
1.1. El Sistema Satelital.
Dentro
de los grupos de Sistemas de Geodesia Espacial, destacan la Constelación
NAVSTAR (Navegación por Satélite en Tiempo y Distancia) y la Constelación
GLONASS (Sistema Global de Navegación por Satélite). Ambas constelaciones
fueron creadas por los Departamentos de Defensa de los Estados Unidos y Rusia,
respectivamente, y su principal objetivo era poder posicionar un objeto en la
superficie de la Tierra a través de las señales emitidas en forma de ondas de
radio por los satélites de dichas constelaciones, determinando así su posición
con una precisión en función del tipo
de información recibida, tiempo de recepción y condiciones de la emisión.
Este
posicionamiento se produce sobre un sistema de referencia inercial cartesiano,
que en el caso de usar la constelación americana NAVSTAR corresponde al sistema WGS-84, y en el caso
de usar la constelación rusa GLONASS
corresponde al sistema PZ-90.
A
principios de los años 80s, se empezaron a utilizar estos sistemas para
aplicaciones de índole civil, tales como actividades de navegación aérea,
marítima y terrestre, lo que dio como
resultado un importante avance en la organización y el estado de los
transportes y comunicaciones mundiales.
En el
área de la investigación han sido utilizados para fines científicos, pero
quizá, las aplicaciones en las cuales estos sistemas han tenido mayor demanda
es en la Geodesia y la Topografía, a partir del descubrimiento de que dichos
sistemas de posicionamiento podían aportar las precisiones requeridas para el
avance de estas ciencias y su aplicación.
1.3. Descripción
El Sistema
de Posicionamiento Global por Satélites(GPS) esta conformado por una
constelación de 24 satélites que orbitan la Tierra aproximadamente a una
altitud de 20,000 km. Los satélites emiten señales moduladas en dos
frecuencias(L1 , L2) las cuales son recibidas e interpretadas por receptores
GPS. Cada receptor GPS requiere las señales de al menos de cuatro satélites
para estimar la posición de su antena ubicada sobre cualquier punto de la
superficie terrestre. Desde comienzos de la década del 90 el sistema GPS se
viene empleando en el estudio de las deformaciones tectónicas que se producen
en las zonas de contacto de Placas (e.g Pacífico-Norteamérica, Falla de San
Andrés) así como en el estudio de las deformaciones asociadas a la actividad
magmática de volcanes activos.
1.4. Sectores fundamentales
El sistema GPS se divide en tres
sectores fundamentales y dependientes entre sí, el
sector espacial, el sector de
control y el sector de usuarios.
1.4.1 El sector espacial.
Lo
integran los satélites de la constelación NAVSTAR, y está formada por seis
planos orbitales, en cada uno de ellos existe una órbita elíptica casi circular
donde se encuentran los satélites
regularmente distribuidos. Los planos tienen una inclinación de 55º respecto al
plano del ecuador, y se nombran como A, B, C, D, E y F.
Cada órbita contiene al menos
cuatro satélites. Los satélites se sitúan a una distancia de 20,200 Km respecto
del geocentro, y completan una órbita en doce horas sidéreas.
Con
estos fundamentos, se garantiza la presencia de al menos cuatro satélites sobre
el horizonte en todos los lugares de la superficie de la Tierra, utilizando tecnología
bastante precisa para situar posiciones con exactitud en cualquier parte del
mundo, las 24 horas del día.
Los
satélites GPS envían frecuencias de señales a la tierra, que captan los
dispositivos de recepción desde unidades manuales hasta equipos modernos
montados en vehículos o estáticos. Estas señales se utilizan para determinar la
posición del receptor sobre el terreno en un determinado momento, a veces
con una precisión de varios milímetros.
El
segmento del espacio del sistema está formado por los satélites GPS que mandan
señales de radio desde el espacio.
Nominalmente la constelación
operacional de GPS consiste en 24 satélites que orbitan alrededor de la tierra
en 12 horas.
Constelación
GPS
·
24 Satélites en 6 planos
orbitales
·
4 satélites en cada
plano
·
20.180 Km de
altura.
·
60 grados de
inclinación.
Normalmente hay más número de satélites ya que se
ponen en órbita unidades nuevas para reponer satélites antiguos que tienen una
vida media aproximada de siete años y medio. Hasta la actualidad han habido
tres generaciones de satélites, los Block I (actualmente inoperativos), Block
II (9 satélites entre 1989 y 1990 y 19 adicionales hasta el 1997) y Block IIR
(un satélite en 1998). En enero de 1999 orbitaban 27 satélites GPS en total.
Los satélites están situados a 20.180 Km de altura desplazándose a una
velocidad de 14.500 Km./h. Las órbitas son casi circulares y se repite el mismo
recorrido sobre la superficie terrestre (mientras la tierra rota a su vez sobre
si misma) de esta forma en prácticamente un día (24 horas menos 4 minutos) un
satélite vuelve a pasar sobre el mismo punto de la tierra. Los satélites quedan
situados sobre 6 planos orbitales (con un mínimo de 4 satélites cada uno),
espaciados equidistantes a 60 grados e inclinados unos 15 grados respecto al
plano ecuatorial. Esta disposición permite que desde cualquier punto de la
superficie terrestre sean visibles entre cinco y ocho satélites
1.4.2. El sector control.
Este
tiene como misión el seguimiento continuo de todos los satélites de la
constelación NAVSTAR para los siguientes fines:
·
Establecer la órbita de cada
satélite, así como determinar el estado de sus osciladores.
·
Hallados los parámetros
anteriores, emitirlos a los satélites para que éstos puedan difundirlos a los
usuarios.
De este modo,
el usuario recibe la información de las efemérides de posición de los satélites
y el error que se está produciendo en su reloj, todo ello incluido en el
mensaje de navegación.
Las
Estaciones de Control forman parte de un sistema de rastreo localizadas al
rededor del mundo:
- Colorado Springs (U.S.A.). Central de cálculo y operaciones.
-
Ascensión (Atlántico Sur).
- Hawai
(Pacífico Oriental).
-
Kwajalein (Pacífico Occidental).
- Diego
García (Indico).
El segmento de control consiste en un sistema
estaciones de seguimiento localizadas alrededor del mundo.
Red de control del sistema GPS
La estación maestra de
control (MCS) está situada en Falcon AFB en Colorado Spring. Las estaciones de
control miden las señales procedentes de los satélites y son incorporadas en
modelos orbitales para cada satélite. Los modelos calculan datos de
ajuste de órbita (efemérides) y correcciones de los relojes de cada satélite.
La estación maestra envía las efemérides y correcciones de reloj a cada
satélite. Cada satélite envía posteriormente subconjuntos de estas
informaciones a los receptores de GPS mediante señales de radio.
1.4.3 El sector usuario.
Este
sector lo compone los equipos que deben utilizar los usuarios para la
recepción, lectura, tratamiento y configuración de las señales, con el fin de alcanzar
los objetivos de su trabajo. Los componentes son; el equipo de observación y el
software de cálculo, que puede ser objeto de uso tras la recolección de
observaciones, o bien realizable en tiempo real, donde se obtienen los
resultados al instante.
El segmento de usuario lo forman los receptores
y la comunidad de usuarios. Los receptores convierten las señales recibidas de
los satélites en posición, velocidad y tiempo estimados. Se requieren cuatro
satélites para el cálculo de la posición en cuatro dimensiones X, Y, Z y
tiempo. Los receptores son utilizados para navegación, posicionamiento,
estimaciones temporales y otras investigaciones.
La
navegación en tres dimensiones es la función principal del GPS. Se construyen receptores
GPS para aeroplanos, embarcaciones, vehículos terrestres y equipos portátiles
de pequeño tamaño.
El
posicionamiento preciso es posible usando receptores en posiciones de
referencia proporcionando datos de corrección y posicionamiento relativo a
receptores remotos. Vigilancia, control geodésico y estudios de las placas
tectónicas son ejemplos.
Las
aplicaciones de tiempo y estabilización de frecuencia se basan en la precisión
de los relojes que incorporan los satélites y que son monitorizados
continuamente por las estaciones de control. Los satélites actuales incorporan
cuatro relojes atómicos, dos de Rubidio y otros dos de Cesio que ofrecen una estabilidad
de frecuencia equivalente a un error de un segundo en 30.000 años. (Hay que
tener en cuenta que un error de 30ns Provoca un error de 30cm.). Los
observatorios astronómicos, sistemas de telecomunicaciones, sincronización de
centrales eléctricas y laboratorios de certificación pueden obtener señales de
tiempo y frecuencia de alta precisión mediante receptores especiales de GPS.
Las señales de GPS han sido utilizadas para medir parámetros atmosféricos.
1.5 Aplicaciones
Son
múltiples los campos de aplicación de los sistemas de posicionamiento tanto
como sistemas de ayuda a la navegación, como en modelización del espacio
atmosférico y terrestres o aplicaciones con requerimientos de alta precisión en
la medida del tiempo. A continuación se detallan algunos de los campos civiles
donde se utilizan en la actualidad sistemas GPS:
·
Estudio de fenómenos atmosféricos. Cuando la señal GPS atraviesa la troposfera el vapor de
agua, principal causante de los distintos fenómenos meteorológicos, modifica su
velocidad de propagación El posterior
análisis de la señal GPS es de gran utilidad en la elaboración de modelos de
predicción meteorológica.
·
Localización y navegación en regiones inhóspitas. El sistema GPS se utiliza como ayuda en expediciones de
investigación en regiones de difícil acceso y en escenarios caracterizados por
la ausencia de marcas u obstáculos. Un ejemplo son los sistemas guiados por GPS
para profundizar en el conocimiento de las regiones polares o desérticas
·
Modelos geológicos y topográficos. Los geólogos comenzaron a aplicar el sistema GPS en los 80
para estudiar el movimiento lento y constante de las placas tectónicas, para la
predicción de terremotos en regiones geológicamente activas. En topografía, el
sistema GPS constituye una herramienta básica y fundamental para realizar el
levantamiento de terrenos [7] y los inventarios forestales y agrarios
·
Ingeniería civil. En
este campo se utiliza la alta precisión del sistema GPS para monitorizar en
tiempo real las deformaciones de grandes estructuras metálicas o de cemento
sometidas a cargas
·
Sistemas de alarma automática. Existen sistemas de alarma conectados a sensores dotados de
un receptor GPS para supervisión del transporte de mercancías tanto
contaminantes de alto riesgo como perecederas (productos alimentarios frescos y
congelados). En este caso la generación de una alarma permite una rápida
asistencia al vehículo
·
Sincronización de señales.
La industria eléctrica utiliza el GPS para sincronizar los relojes de sus
estaciones monitoras a fin de localizar posibles fallos en el servicio
eléctrico. La localización del origen del fallo se realiza por triangulación,
conociendo el tiempo de ocurrencia desde tres estaciones con relojes
sincronizados.
·
Guiado de disminuidos físicos. Se están desarrollando sistemas GPS para ayuda en la
navegación de invidentes por la ciudad [12]. En esta misma línea, la industria
turística estudia la incorporación del sistema de localización en guiado de
visitas turísticas a fin de optimizar los recorridos entre los distintos lugares
de una ruta.
·
Navegación y control de flotas de vehículos. El sistema GPS se emplea en planificación de trayectorias y
control de flotas de vehículos. La policía, los servicios de socorro (bomberos,
ambulancias), las centrales de taxis, los servicios de mensajería, empresas de
reparto, etc. organizan sus tareas optimizando los recorridos de las flotas
desde una estación central. Algunas compañías ferroviarias utilizan ya el
sistema GPS para localizar sus trenes, máquinas locomotoras o vagones [14], supervisando
el cumplimiento de las señalizaciones.
·
Sistemas de aviación civil. En 1983 el derribo del vuelo 007 de la compañía aérea
coreana al invadir cielo soviético, por problemas de navegación, acentúo la
necesidad de contar con la ayuda de un sistema preciso de localización en la
navegación aérea. Hoy en día el sistema GPS se emplea en la aviación civil
tanto en vuelos domésticos, transoceánicos, como en la operación de aterrizaje.
La importancia del empleo de los GPS en este campo ha impulsado, como se verá
en la siguiente sección, el desarrollo en Europa, Estados Unidos y Japón de
sistemas orientados a mejorar la precisión de los GPS.
·
Navegación desasistida de vehículos. Se están incorporando sistemas DGPS como ayuda en barcos
para maniobrar de forma precisa en zonas de intenso tráfico, en vehículos
autónomos terrestres que realizan su actividad en entornos abiertos en tareas
repetitivas, de vigilancia en medios hostiles (fuego, granadas, contaminación
de cualquier tipo) [18] y en todos aquellos móviles que realizan transporte de
carga, tanto en agricultura como en minería o construcción. La alta precisión
de las medidas ha permitido importantes avances en el espacio en órbitas bajas
y así tareas de alto riesgo de inspección, mantenimiento y ensamblaje de satélites
artificiales pueden ahora realizarse mediante robots autónomos.
1.6 El futuro de los sistemas de posicionamiento global
En 1996
la normativa de regulación de los sistemas GPS determinó la supresión, en el
2006, de la Disponibilidad Selectiva y la incorporación de una frecuencia más
para uso civil. Esto significa que dentro de unos años los satélites GPS
transmitirán código civil en las frecuencias L2 y L1, redundancia que permitirá
estimar los errores ionosféricos, proporcionando una precisión en modo absoluto
similar a la obtenida con técnicas diferenciales. La señal en la frecuencia L1
permanecerá invariable, lo que permitirá a los actuales receptores seguir
operativos.
El segmento
de control se mejorará con la puesta en marcha de un nuevo sistema de control,
actualmente en fase de diseño, para la estación experta que contempla hasta un
total de veinte estaciones monitoras, lo que supondrá un control más preciso de
las efemérides y de los relojes de los satélites.
Con los
sistemas de navegación actuales GPS, GLONASS, GPS/GLONASS no es posible cumplir
los estándares rigurosos de seguridad que algunas aplicaciones civiles, como la
navegación aérea, requieren.
En
concreto, la notificación de errores al usuario sobre el funcionamiento del
sistema puede llevar desde un segundo, cuando el error se produce en el
satélite, hasta varias horas, en aquellos casos en los que es el segmento
control el que detecta el fallo.
Con el
fin de resolver estos inconvenientes, Europa está desarrollando EGNOS (European
Geoestationary Navigation Overlay Service]) que estará operativo en el año
2003. Este sistema reducirá los errores en posicionamiento para alcanzar los
estándares de seguridad en la navegación aérea con la instalación en tierra de
una red de 34 antenas receptoras fijas (RIMS) que recibirán las señales GPS
enviándolas a un centro de control donde se calibrará la información del
satélite midiendo el posible error para corregirlo y enviarlo de nuevo a 10
estaciones en tierra. Además se enviarán estas señales a dos nuevos satélites
INMARSAT geoestacionarios situados a una altura de 35000 Km., que actuarán como
repetidores enviando las señales a los usuarios. Servicios similares se están desarrollando
en Estados Unidos (WAAS: Wide Area Augmentation System) y en Japón (MTSAS:
MTSAT Satellite Based Augmention System). Así mismo, Europa pondrá en marcha un
sistema global de navegación por satélite (GNSS-1: Global Navigation Satellite
System 1) que integrará los servicios de GPS, GLONASS y de las redes EGNOS,
WAAS y MTSAS. Este será el paso inicial hacia la consecución de un sistema
europeo de posicionamiento (GNSS-2 o Galileo) que utilizará una constelación de
satélites europeos.
Por
último puntualizar que en los próximos cinco años GPS y GPS/GLONASS serán los
únicos sistemas de posicionamiento basado en satélites que se encontrarán
operativos.
2. Utilidad y Fundamentos
El
Global Positioning System (GPS) o Sistema de Posicionamiento Global o NAVSTAR GPS)
Es un Sistema Global de Navegación por Satélite
(GNSS) el cual permite determinar en todo el mundo la posición de un objeto,
una persona, un vehículo o una nave, con una precisión hasta de centímetros
usando GPS diferencial, aunque lo habitual son unos pocos metros.
Como
cualquier sistema de satélites, el sistema NAVSTAR-GPS se compone de tres segmentos
distintos: segmento espacial, segmento de control y segmento de usuario.
El
segmento espacial es claramente el más costoso, formado por los satélites de la
constelación NAVSTAR.
Los
satélites se sitúan en 6 órbitas elípticas casi circulares.
El GPS
funciona mediante una red de 24 satélites (21 operativos y 3 de respaldo) en órbita sobre el globo a 20.200 km con trayectorias
sincronizadas para cubrir toda la superficie de la tierra. Cuando se desea
determinar la posición, el aparato que se utiliza para ello localiza
automáticamente como mínimo cuatro satélites de la red, de los que recibe unas
señales indicando la posición y el reloj de cada uno de ellos. En base a estas
señales, el aparato sincroniza el reloj del GPS y calcula el retraso de las
señales, es decir, la distancia al satélite. Por "triangulación"
calcula la posición en que éste se encuentra. La triangulación en el caso del
GPS, a diferencia del caso 2-D que consiste en averiguar el ángulo respecto de
puntos conocidos, se basa en determinar la distancia de cada satélite respecto
al punto de medición. Conocidas las distancias, se determina fácilmente la
propia posición relativa respecto a los tres satélites. Conociendo además las
coordenadas o posición de cada uno de ellos por la señal que emiten, se obtiene
la posición absoluta o coordenadas reales del punto de medición. También se
consigue una exactitud extrema en el reloj del GPS, similar a la de los relojes
atómicos que desde tierra sincronizan a los satélites.
Elementos
que lo componen
- Sistema de satélites: formado por 24 unidades con
trayectorias sincronizadas para cubrir toda la superficie del globo. Más
concretamente, repartidos en 6 planos orbitales de 4 satélites cada uno.
La energía eléctrica que requieren para su funcionamiento la adquieren a
partir de dos paneles compuestos de celdas solares adosadas a sus
costados.
- Estaciones terrestres: envían información de
control a los satélites para controlar las órbitas y realizar el
mantenimiento de toda la constelación.
- Terminales receptores: que nos indica la posición en
la que estamos, conocidas también como Unidades GPS.
Funcionamiento
La idea
que hay detrás del sistema GPS es la de utilizar satélites en el espacio como
puntos de referencia para localizaciones terrestres. Mediante la medición muy
precisa de las distancias a tres de estos satélites, lo cual se realiza a
partir de las medidas de los retardos que han sufrido las señales provenientes
de estos satélites, se puede calcular por triangulación la posición en
cualquier lugar de la Tierra. Esto mismo se representa de forma esquemática en
la siguiente figura.
Localización de la posición mediante tres satélites.
Si se utiliza un solo satélite y conocemos su posición
y la distancia que nos separa del mismo, nuestra posición se encontrará en un
área de incertidumbre que es geométricamente una esfera. Si a continuación
añadimos otro satélite con sus correspondientes datos de posición y distancia,
ahora nuestra posición se encontrará sobre una circunferencia intersección de
ambas esferas. Por último, si disponemos de tres satélites nuestra posición se
reduce a dos puntos en el espacio, de los cuales uno de ellos se puede rechazar
por ser una posibilidad incoherente (ya sea por encontrarse a gran distancia de
la superficie de la Tierra o moviéndose a una velocidad imposible). Así pues, 3
satélites son suficientes para determinar nuestra posición. No obstante,
existen una serie de factores que afectan a la medida de la distancia: errores
en el reloj del satélite, desfase en el reloj del receptor o retardo
introducido por la propagación ionosférica. Por estas razones, las distancias
calculadas por el receptor GPS incluyen un término de error constante,
denominándose pseudodistancias, y se hace necesaria la obtención de una cuarta
medida para determinar su posición exacta. Así pues, existe un sistema de 4
ecuaciones que debe resolver el receptor para obtener su posición, así como la
corrección que debe aplicar a su reloj para estar perfectamente sincronizado
con el reloj atómico de referencia situado en Colorado Springs.
A
continuación describimos el funcionamiento de los GPS.
- La posición de los satélites es conocida por el
receptor con base en las efemérides (5 parámetros orbitales Keplerianos),
parámetros que son transmitidos por los propios satélites. La colección de
efemérides de toda la constelación se completa cada 12 min y se guarda en el receptor GPS.
- El receptor GPS funciona midiendo su distancia de
los satélites, y usa esa información para calcular su posición. Esta
distancia se mide calculando el tiempo que la señal tarda en llegar al
receptor. Conocido ese tiempo y basándose en el hecho de que la señal
viaja a la velocidad de la luz (salvo algunas correcciones que se
aplican), se puede calcular la distancia entre el receptor y el satélite.
- Cada satélite indica que el receptor se encuentra
en un punto en la superficie de la esfera con centro en el propio satélite
y de radio la distancia total hasta el receptor.
- Obteniendo información de dos satélites se nos
indica que el receptor se encuentra sobre la circunferencia que resulta
cuando se intersectan las dos esferas.
- Si
adquirimos la misma información de un tercer satélite notamos que la nueva
esfera solo corta el círculo anterior en dos puntos. Uno de ellos se puede
descartar porque ofrece una posición absurda. De esta manera ya tendríamos
la posición en 3-D. Sin embargo, dado que el reloj que incorporan los
receptores GPS no está sincronizado con los relojes atómicos de los
satélites GPS, los dos puntos determinados no son precisos.
- Teniendo información de un cuarto satélite,
eliminamos el inconveniente de la falta de sincronización entre los
relojes de los receptores GPS y los relojes de los satélites. Y es en este
momento cuando el receptor GPS puede determinar una posición 3-D exacta(latitud, longitud y altitud). Al
no estar sincronizados los relojes entre el receptor y los satélites, la
intersección de las cuatro esferas con centro en estos satélites es un
pequeño volumen en vez de ser un punto. La corrección consiste en ajustar
la hora del receptor de tal forma que este volumen se transforme en un
punto.
GPS diferencial
El
sistema de correcciones funciona de la siguiente manera:
- Una estación base en tierra, con coordenadas muy
bien definidas, escucha los satélites GPS.
- Calcula su posición por los datos recibidos de los
satélites.
- Dado que su posición está bien definida, calcula el
error entre su posición verdadera y la calculada, estimando el error en
cada satélite.
- Se envía estas correcciones al receptor a través de
algún medio.
Existen
varias formas de obtener las correcciones DGPS. Las más usadas son:
- Recibidas por radio a través de algún canal
preparado para ello, como el RDS
en una emisora de FM.
- Descargadas de Internet con una conexión
inalámbrica.
- Proporcionadas por algún sistema de satélites
diseñado para tal efecto. En Estados Unidos
existe el WAAS,
en Europa el EGNOS y en Japón el MSAS,
todos compatibles entre sí.
Sistema DGPS.
3. Características Técnicas
El
sistema GPS obtiene la información necesaria para calcular datos como latitud, longitud,
velocidad y tiempo de satélites en órbita y de estaciones terrestres.
Segmentos
Técnicamente
el sistema GPS se puede considerar en tres partes o segmentos: el segmento del espacio, el segmento del
usuario y el segmento de control.
El
primer segmento, el del espacio consiste en 24 satélites en una órbita a 20160
Kms sobre la superficie terrestre. Cada
satélite recorre su órbita semicircular en 12 horas a una velocidad de 14.500
Kph.
El
segundo segmento, el del usuario está formado por los receptores fijos ó
portátiles y los usuarios.
El tercer ó último segmento es el de
control, consistente en cinco
estaciones terrestres distribuidas alrededor del mundo y cuya función es
controlar a los satélites para que trabajen con precisión.
Precisión y Errores
Los
sistemas GPS pueden ser muy precisos, aunque ciertas variables inciden en la
exactitud. Para compensar esos errores
se aplican ciertos métodos de corrección.
La
precisión del sistema GPS depende del número de satélites visibles por el receptor
en un momento y posición determinados.
Sin aplicar ningún tipo de corrección y con ocho satélites a la vista,
la precisión es de 6 a 15 metros.
Dicha
precisión se mejora con los avances introducidos por el GPS diferencial (hasta
2 cm de precisión).
Las
principales variables que inciden en el error son:
Ionósfera
± 5 m, Reloj Satelital ± 2 m, Distorsión Multibandas ± 1 m, Incidencia de
la Tropósfera ± 0,5 m y Errores
Numéricos ± 1 m.
Formas
Existen
dos formas de GPS: SPS (Servicio de Posicionamiento Estándar, por sus siglas en
ingles) y PPS (Servicio de Posicionamiento Preciso, por sus siglas en ingles).
El
primero proporciona una precisión de 100 mts y el segundo 20 mts.
Método usado para Cálculo de Posición
Para calcular
las coordenadas de un punto en la tierra, el GPS utiliza la técnica de
Triangulación, el cual básicamente consiste en determinar las distancias y los
ángulos de los satélites y el punto del receptor. Para determinar las distancias se usan los tiempos del reloj
atómico de las estaciones terrestres y satélites.
Satélites
Los
satélites del sistema GPS tienen ciertas características, entre ellas:
Peso:
860 kg
Longitud:
5 mts.
Fuente
de Alimentación: Celdas Solares (2).
Reloj:
Atómico
Equipos
Electrónicos: Transmisor de alta frecuencia y Sistema de computación.
Velocidad:
14500 Kph.
4. Disponibilidad Selectiva
Se
denominó Disponibilidad selectiva o "SA" a la política del Ministerio
de Defensa de los EE.UU. para reducir de manera intencionada la precisión de
las señales de satélite GPS para los usuarios civiles. Esta política finalizó
el 1 de mayo de 2000 y en la actualidad no existe la SA.
Cuando
el Departamento de Defensa estadounidense estableció el sistema GPS, desde
luego la intención no fue la de proporcionar una manera fácil y gratuita de que
los enemigos de los Estados Unidos lanzaran armas contra el país. Aunque el
Departamento de Defensa quería que el sistema fuese utilizado con fines
pacíficos por cualquiera, fue reconocido que la forma más segura de impedir su
uso para guiar mísiles era reducir su exactitud. Esto se consiguió mediante un
proceso llamado Disponibilidad Selectiva (D/S); el Departamento de Defensa
introduce 'ruido' en la señal de los satélites, reduciendo la exactitud de su mensaje.
Estas distorsiones no preocupan a las fuerzas militares de los EE.UU. y sus
aliados, que utilizan receptores P-code especiales que pueden descodificar los
efectos de la Disponibilidad Selectiva y proporcionar una exactitud de
posicionamiento de alrededor de 15 metros de forma rutinaria.
La
aplicación de D/S parece ser aleatoria, y en tiempos de crisis como la Guerra
del Golfo, puede ser desconectada del todo. Esto de hecho ocurrió con el fin de
superar una escasez de receptores GPS P-code militares suministrando a las
tropas receptores civiles comprados localmente. Bajo estas condiciones, los
receptores civiles demostraron ser tan exactos como sus homólogos militares,
más sofisticados. Cuando las condiciones atmosféricas son favorables, los sistemas
funcionan correctamente y la Disponibilidad Selectiva está desconectada, un
receptor GPS estándar con una vista clara del cielo puede proporcionar
posicionamiento con un margen de error de tan solo unos metros.
Desafortunadamente el usuario no tiene manera de saber cuándo dichas
condiciones pueden producirse, y debe suponer, por prudencia, que la posición
dada podría tener un error de hasta 100 metros.
Explicación del GPS Diferencial
Cuando
el Gobierno de Estados Unidos estableció el Sistema de Posicionamiento Global,
lanzó 24 satélites que están cambiando el mundo. Por primera vez, han hecho
posible el uso de un pequeño receptor que le indica a usted su posición, no
importa donde esté en el planeta.
La
navegación sin esfuerzo trae evidentes ventajas a navegantes y viajeros en
lugares remotos de la tierra, y también aporta ventajas a multitud de usuarios,
desde cartógrafos a empresas de transporte, servicios de emergencia, y ahora,
gracias a la introducción del GPS Diferencial, a los agricultores.
G:PS. Aplicaciones en la Agricultura
Aunque
hace tiempo que se conocen los principios de la agricultura de precisión, es
sólo a partir de la llegada de servicios DGPS de haz estrecho que se han
convertido en realidad práctica en Europa.
Ahora permiten
un enfoque completamente nuevo a la gestión de explotaciones agrícolas,
ofreciendo importantes ventajas comerciales y medioambientales.
La
exactitud de posicionamiento, con un margen de error de menos de un metro, hace
que sea posible ahora que una cosechadora con equipos adecuados monitorice de
forma continua el rendimiento de la cosecha a medida que va cosechando una
parcela individual, relacionando los niveles de crecimiento con puntos
específicos de la parcela. Después de la cosecha, pueden tomarse muestras
sistemáticas de suelo usando posicionamiento DGPS y los mismos datos de
rendimiento, para identificar la razón de cualquier variación.
Cuando
esta información es cargada en una abonadora controlada por ordenador, DGPS
puede asegurar que ésta aplique los productos químicos únicamente en aquellos
puntos de la parcela que los necesitan. Esto puede crear significativos ahorros
de costes, además de reducir problemas medioambientales asociados con el aflujo
de productos químicos sobrantes.
La fiabilidad
y la exactitud de GPS Diferencial ha llegado a un nivel que ofrece a los
agricultores posibilidades limitadas únicamente por su imaginación. La gestión
de activos, el trazado de lindes, la gestión forestal y el seguimiento de
vehículos son ahora operaciones sencillas. Ahora existe la tecnología necesaria
para que el arado automático se convierta en realidad práctica, y para muchos,
sólo es cuestión de tiempo el que los satélites se consideren herramientas
agrícolas indispensables.
CONCLUSION
Hoy en
día las aplicaciones disponibles de GPS se orientan a principalmente a sistemas
de navegación y aplicaciones cartográficas: topografía, cartografía, geodesia,
sistema de información geográfica (GIS), mercado de recreo (deportes de
montaña, náutica, expediciones de todo tipo, etc.), patrones de tiempo y
sistemas de sincronización, aplicaciones diferenciales que requieran mayor
precisión además de las aplicaciones militares y espaciales.
En cuanto al reparto del mercado los más importantes son la navegación
marítima, la aérea y la terrestre. Con una flota de 46 millones embarcaciones
en todo el mundo, de los que el 98% son de recreo, la navegación marítima
supone un mercado nada despreciable. Recreo, pesqueros, mercantes, petroleros,
dragados y plataformas petrolíferas son perfectos candidatos al uso del GPS. El
volumen de venta de equipos GPS en está en torno a los 300 millones de dólares
anuales.
En cuanto a la navegación aérea con unos 300.000 aviones en todo el mundo. El
equipamiento de GPS para navegación intercontinental o entre aeropuertos tiene
una penetración anual del 5% (aproximadamente unas 15.000 unidades). Sin
embargo en aproximación el GPS no tiene la suficiente integridad y precisión
aunque la FAA esta financiando el proyecto WAAS (Wide Area Augmentation System)
que refuerza el sistema GPS y será útil para aproximaciones de clase I (en
EE.UU).
Pero el auténtico mercado del GPS en el mundo es la navegación terrestre. Con
435 millones de turismos y 135 millones de camiones es el más amplio mercado
potencial de las aplicaciones comerciales del GPS. De hecho el crecimiento de
equipamiento de GPS mundial es en torno a los 2.000 millones de dólares
anuales, lo que llevó a una penetración del 4% en el año 2001. Entre las
aplicaciones con más desarrollo se cuenta con sistemas de navegación
independiente, sistemas de seguimiento automático, control de flotas,
administración de servicios, etc. Solo en los EE.UU existen más de 25.000
autobuses equipados con GPS y en Japón hay más de un millón y medio de
vehículos privados que cuentan con sistema GPS en su equipamiento.
En
España el mercado del GPS está en plena expansión habiendo alcanzado en 1998
las 200 unidades para aplicaciones topográficas y geodésicas, unas 300 para
aeronáutica, mas de 3.500 para la náutica y alrededor de 4.000 unidades OEM
para aplicaciones terrestres.
INFOGRAFIA
1.Generalidades y Descripción
1.1. El Sistema Satelital.
http://64.233.161.104/search?q=cache:0fl2nFo7wAoJ:iit.jalisco.gob.mx/html/congresos/expo2005/articulo/GEOAFranciscoSalda%25F1a_curso%2520gps_.pdf+generalidades+del+sistema+gps&hl=es&gl=ve&ct=clnk&cd=31&ie=UTF-8
1.2. Descripción
http://www.igp.gob.pe/geodesy.html
1.3. Sectores Fundamentales
http://personal.redestb.es/jatienza/gps/sistema.htm
1.4. Aplicaciones y 1.5 Futuro
http://64.233.161.104/search?q=cache:_AOj_Cq4SCYJ:www.iai.csic.es/users/gpa/postscript/Pozo-Ruz00a.pdf+descripcion+del+sistema+gps&hl=es&gl=ve&ct=clnk&cd=5&ie=UTF-8
2.Utilidad y
Fundamentos
http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_posicionamiento_global
3. Características Técnicas
es.wikipedia.org/
Enciclopedia libre la cual describe en este punto las características y funcionamiento del sistema GPS.
www.iai.csic.es/users/gpa/postscript/Pozo-Ruz00a.pdf
Este enlace realiza una introducción al sistema GPS,
su funcionamiento, ventajas y demás características resaltantes.
www.asifunciona.com/electronica/af_gps/af_gps_7.htm
Este enlace describe de forma general como el
sistema GPS calcula las coordenadas de posición de un punto y habla asimismo
sobre el GPS diferencial.
La página trata temas generales y específicos de los
sistemas GPS desde su inicio, así como variantes y equipos.
4. Disponibilidad Selectiva
El GPS.. La conocida como Disponibilidad Selectiva (S/A en su acrónimo inglés) es una degradación intencionada de la señal GPS con el fin de evitar la excesiva precisión de los receptores GPS comerciales modernos
http://personal.redestb.es/jatienza/gps/index.htm
GPS Aplicado a la Agricultura. Con la llegada del servicios DGPS de haz estrecho en Europa ahora se permiten un enfoque completamente nuevo a la gestión de explotaciones agrícolas, ofreciendo importantes ventajas comerciales y medioambientales.
http://canales.hoy.es/canalagro/datos/industria_auxiliar/gps.htm.