Universidad
Yacambú
Vicerrectorado de Estudios Virtuales
Especialización en Gerencia, Mención Sistemas de Información
Materia:
EQUIPO DE POSICIONAMIENTO POR SATELITE
Elaborado
por: Nancy Piccioni
CI:
11773280
INTRODUCCIÓN
La utilización de datos GPS goza de una gran aceptación para una amplia variedad de aplicaciones. En cartografía y navegación podemos encontrar dos grandes grupos de aplicaciones de estos datos. Aquellas que requieren de un posicionamiento preciso sin necesidad de obtenerlo en el momento de la captura de datos, y las que requieren una solución de la posición precisa en el momento de la captura. Para el primer grupo es necesario la disponibilidad de datos de estaciones de referencia con los que procesar los datos capturados en el trabajo de campo, bien sea para la recolección de elementos sobre el terreno o para la aerotriangulación. El segundo grupo de aplicaciones requieren
de un servicio de correcciones diferenciales bien sean de código (DGPS) o de fase (RTK) que les permita un posicionamiento preciso, métrico en DGPS y decimétrico en RTK, para la captura de elementos para complementar las bases cartográficas, bien sean viales, puntos kilométricos, etc, o para la navegación sobre cartografía entre otras aplicaciones. Para ello es necesario la disponibilidad de un a red de estaciones permanentes en el área que puedan cubrir todas estas necesidades emergentes de una manera óptima, en el ámbito económico y operativo.
APLICACIONES
EN LAS ÁREAS DE AVIACIÓN:
El GPS es un sistema
de radio navegación que utiliza una gama de mediciones precisas desde los
satélites del sistema de posicionamiento global (GPS) para determinar
ubicaciones exactas en cualquier parte del mundo.
Para proporcionar un monitoreo integral que se base en información del GPS, se necesitan 5 satélites con buena geometría. El Departamento de Defensa de los Estados Unidos (DOD) es responsable de la operación de la constelación de satélites del GPS y del monitoreo de los satélites del GPS para garantizar un funcionamiento adecuado.
La tecnología GPS/DGPS
ha sido creada para aeronaves usadas en aplicaciones especializadas tales como
agricultura, fotografía aérea, mapeo, extinción de incendios, búsqueda y
rescate, etc. El único propósito de estas instalaciones es para la correcta
ubicación de la aeronave. Estos tipos de instalaciones son considerados no
esenciales y para uso en propósitos especiales, por lo tanto, el criterio para
la performance de los equipos es determinada por el fabricante del equipo
GPS/DGPS. Las tripulaciones no deben basarse en los equipos GPS/DGPS para
navegación.
Usos GPS y DGPS |
Equipo Requerido |
Aprobación Requerida |
|
Uso Especial, No para Navegación |
Cualquier receptor GPS o DGPS |
Aeronavegabilidad |
USO DE LOS SISTEMAS GPS Y DGPS, EQUIPOS
REQUERIDOS Y APROBACIÓN REQUERIDA POR
PROCESO DE APROBACION E INSTALACION DE UN EQUIPO GPS/DGPS.
El Inspector Principal de Aviónica (PAI) y el Inspector Principal de Aeronavegabilidad (PMI) deben determinar que el equipo GPS/DGPS, esté aprobado e instalado de acuerdo a los siguientes requerimientos:
Ø RDACs Parte 91, Subparte E ( Mantenimiento, mantenimiento preventivo y alteraciones), Parte 43 (Mantenimiento, mantenimiento preventivo, reconstrucción y alteraciones), Parte 43 apéndice A (Alteraciones mayores, reparaciones mayores y mantenimiento preventivo), Parte 145 (Talleres de Mantenimiento Aeronáutico).
Ø
Instalación: Los equipos
GPS/DGPS y características opcionales, tales como registro de datos, deben ser
instalados de acuerdo con datos aprobados. Estos datos aprobados pueden ser
obtenidos a través de un Certificado Tipo (TC), Certificado Tipo Suplementario
(STC), o mediante un proceso de aprobación de campo (field
approval), con la forma DGAC 337.
Ø
Aprobaciones de campo (field approvals)
Ø
Vuelos de prueba: la pruebas aerodinámicas en vuelo, para equipo montado
externamente puede ser conducido por el instalador u operador de acuerdo con
los datos provistos por el fabricante del GPS/DGPS. Los vuelos de prueba
evaluarán la performance de la aeronave, a través de los rangos de velocidad y
maniobras normalmente conducidas durante la aplicación especifica. La firma de
la persona que ejecutó el vuelo de prueba, el número de licencia, así como la
fecha del vuelo deben estar registradas en la forma 337.
Ø
Evaluación de datos: los inspectores están encargados de examinar el
paquete de datos y ejecutar una inspección de conformidad en suficiente
detalle, para establecer la suficiente confianza en la capacidad de la agencia
que realizó la instalación para duplicar exactamente la instalación inicial. Si
el inspector determina que los datos pueden ser utilizados para otras
instalaciones en aeronaves de similar marca y modelo, puede autorizar las
mismas en el bloque 3 de la forma 337.
Ø
El proceso de aprobación de
instalación de un sistema GPS/DGPS debe cumplirse a las fases siguientes:
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AERONAVEGABILIDAD |
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FASE 1 |
Recibe la solicitud del aplicante para la aprobación de la instalación del sistema GPS/DGPS |
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FASE 2 |
Informe al aplicante de los documentos requeridos para la aplicación formal. Chequee que la aplicación esté completa. |
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FASE 3 |
Analice los documentos de la instalación propuesta para una aprobación inicial. |
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FASE 4 |
Realice
|
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FASE 5 |
Firme el Suplemento al Manual de Vuelo de la aeronave y en la forma 337 o en otro documento de aprobación de campo (Field approval) |
Ø El flujograma adjunto le facilitará un proceso en detalle más allá del proceso de las cinco fases, este es más específico para la aprobación de las instalaciones GPS/DGPS.
Ø El diagrama de flujo provee una visión de alto nivel y debe ser usado en conjunto con las listas de chequeo y las tablas con la información detallada provista.
Ø Los Procesos de aprobación en el área de Aeronavegabilidad se llevarán a cabo de acuerdo con los formatos adjuntos a este documento.
OTROS
SISTEMA LIBRE DE APLICACIONES:
VIDEOPLOTER
GPS/DGPS/WAAS
Modelos GP-3500/3500F con Ecosonda integral opción antena combinada GPS/WAAS
200 rutas
Ø Precisión mejorada por receptor WAAS
Ø LCD TFT 10,4" de alta definición para una visión óptima durante una operación diurna y
nocturna.
Ø Presentación de las derrotas, waypoints y rutas sobre una carta electrónica de gran precisión.
Ø Doble Ranura intercambiable para Cartas C-MAPNT Charts NAVIONICS® Nav-Charts™/FURUNO
MiniCharts
Ø Modos presentación incluyendo:
Ploteo del Curso
Datos Navegación
Compás
Ø Unidad de presentación de tamaño discreto para
ahorrar espacio en su instalación con
Ø Almacena hasta 80.000 puntos de derrotas y marcas, 3.500 waypoints
Ø Ecosonda de doble frecuencia 50/200 kHz, selección de 600 W ó 1 Kw (GP-3500F)
Ø Tarjeta Mini-Memoria Opcional para almacenar
derrotas y marcas
Ø Controlador Remoto disponible como
APLICACIONES
EN EL AREA DE NAVEGACIÓN
Concepto del sistema y características de cada parte: El concepto del sistema se divide entres partes. La primera la forma una red en estrella que se encarga de la conexión de las estaciones de referencia de la zona de interés, la segunda realiza el proceso del los datos recogidos para poder ser suministrados, ya sea a usuarios de datos para post-proceso, como para ser introducidos en los distintos servicios diferenciales en tiempo real.
Características del enlace entre la estación
permanente y el centro de control.
El sistema ha de recoger la información de las estaciones de referencia hacia el centro de control de manera fiable y permitir el control y gestión de los equipos instalados en la estación, de forma remota, para garantizar la operatividad de los servicios que ha de soportar. Las principales características son:
Ø Localización remota fija.
Ø Flujo de datos del orden de 5000 bps.
Ø Conexión requerida punto a punto bidireccional.
Ø Presenta dificultad de enlace con nodos de redes fijas.
De las características anteriores destacan la localización de las estaciones de referencia, que bien si en ocasiones se emplazan en centros de investigación donde disfrutan de conexiones a redes de datos, en muchas otras el enlace a redes fijas debe realizarse mediante radio enlaces hasta alcanzar un nodo de entrada a estas redes.
Características
del centro de control.
La misión del centro de control es por un lado el proceso de los datos recogidos para ser transformados a formatos estándar para la formación de ficheros o bien para la creación de flujos de correcciones diferenciales que deberán ser transportados a los centros de difusión de datos. Por otro lado es el encargado de monitorizar el funcionamiento
de todos los subsistemas involucrados y generar las alarmas correspondientes para la restauración de los servicios.
Las características principales son:
Ø Acceso a redes fijas de comunicaciones.
Ø Acceso a servicios de paging o GSM para el servicio de alarmas.
Ø Localización fija.
Ø Gran capacidad de almacenamiento de datos.
Características
del enlace entre el centro de control y los usuarios.
Estos enlaces han de difundir los datos emitidos por el centro de control a las diversas cabeceras de servicios. Susprincipales características son:
Ø Usuarios móviles, portátiles y fijos.
Ø Los usuarios están distribuidos en una amplia zona geográfica.
Ø Conexión punto multipunto.
Ø Todos los usuarios requieren la misma información.
Ø Flujo de datos del orden de los 9000 bps.
Los usuarios presentan distintos perfiles, desde usuarios que requieren servicios de correcciones en tiempo real hasta los que requieren ficheros para el post-proceso.
Resolución
del enlace entre las estaciones permanentes y el centro de control.
De acuerdo con los requisitos presentados anteriormente plantearemos las siguientes alternativas:
Ø Redes fijas de datos.
Ø Redes de radio enlaces.
Ø Red corporativa VSAT.
Debido a la localización remota de las estaciones permanentes se hace necesario la utilización de enlaces radioeléctricos para llevar los datos de la estación a los nodos de entrada de las redes fijas. Esta solución presenta problemas de calidad e los enlaces instalados y en su mantenimiento. La utilización de equipos radio que permitan un control activo del su estado de funcionamiento tiene unos costes muy elevados. Un factor muy importante es qué control se tiene sobre la operatividad de la red, es decir, en caso de avería se depende únicamente del operador y de sus prioridades de actuación. También hay que considerar que debido a las actividades que se realizan con las estaciones de referencia, se requiere en ciertos casos de flexibilidad en la configuración de los recursos de la red para dar mayor seguridad a ciertas estaciones. En esta solución la flexibilidad es cero y la capacidad de destinar nuevos recursos o modificar enlaces es muy lenta comparándola con otras soluciones. A favor hay que mencionar
que esta solución permitiría obtener retardos extremo a extremo mucho menores que con otros sistemas de comunicación.
La utilización de redes de radio enlaces hace referencia a la posibilidad de utilizar las redes de transporte de radiodifusión y televisión, ubicando las estaciones permanentes en las instalaciones de los centros de difusión. Esta solución está limitada por varios factores: a la capacidad de canales auxiliares de datos de estas redes que deberían ser utilizados por las estaciones permanentes, a la disponibilidad de estos canales por parte del operador y a la distribución geográfica de los centros de difusión. Hay que tener en cuenta los costes del transporte de datos, la coincidencia de emplazamientos de las estaciones de difusión con los emplazamientos planificados de las estaciones permanentes y la conexión del centro de control de las estaciones permanentes con el centro de control de la red de radio enlaces. Si todos estos factores son positivos esta solución puede ser aceptada, ya que estas redes cuentan con sistemas de control y monitorización que permiten garantizar la operatividad de los enlaces.
La tercera alternativa es la red corporativa VSAT. Esta alternativa consiste en instalar junto a la estación permanente una plataforma de comunicaciones VSAT que enviaría los datos de la estación al centro de control mediante un enlace vía satélite. Esta solución goza de una libertad total de emplazamiento de la estación, sin esta sujetos a la necesidad e fuentes de energía, ya que se pueden encontrar sistemas VSAT de bajo consumo que permiten ser operadas mediante paneles solares y acumuladores. Esta solución, aunque tiene asociados mayores retardos, permite un control total de los recursos de comunicaciones y ofrece una gran facilidad el escalabilidad de
la red de estaciones permanentes. La utilización de comunicaciones satélite facilita el intercambio de datos entre distintas agencias siempre que utilicen el mismo sistema de comunicaciones ya que la recepción de los mismos esta limitada al área de cobertura del satélite. Por otro lado el establecimiento de redes satélite requieren de una fuerte inversión inicial, pero por otro lado tiene unos costes de explotación mucho menores que los asociados a redes fijas terrenas. A continuación se detallarán las características principales de este tipo de redes y los parámetros necesarios para la explotación de los servicios en tiempo real de una red de estaciones permanentes GPS.
Topología
de redes VSAT.
Los enlaces vía satélite gozan de un excelente comportamiento y están prácticamente libres de interferencias en la banda Ku.
La caída del enlace por lluvia se da solo en algunas tormentas intensas generalmente limitadas a 20 o 30 minutos. La tecnología VSAT permite una gran variedad de servicios de comunicación con antenas menores de 2.4 metros. Las redes VSAT actuales utilizan satélites geoestacionarios que orbitan sobre el plano ecuatorial a un altura de 35786 Km. Estas órbitas hacen que la posición aparente del satélite, vista des de la tierra, sea estacionaria. Conceptualmente tenemos un repetidor a una gran distancia y con una gran área de cobertura sobre el territorio. Si todas las estaciones VSAT se encuentran dentro del campo de visión del satélite los señales se pueden retransmitir de una estación a cualquier otra, formando una configuración de red en malla.
La capacidad necesaria en el segmento espacial, que es el ancho de banda contratado al operador del satélite de comunicaciones, viene dada por una gran variedad de factores como son: la modulación utilizada en los enlaces, el número de estaciones permanentes que forman la red, el ancho de banda admitido por el demodulador del Hub, el intervalo de refresco de las estaciones, etc. Cada sistema VSAT en particular fijará estas variables y no es objetivo de este artículo discutir el grado de bondad de cada uno de estos parámetros. Una vez fijados por el sistema adquirido resultará en un segmento espacial que deberá ser contratado. En particular el sistema utilizado en la red de estaciones permanentes CATNET del Institut Cartogràfic de Catalunya, permite la adquisición de 6 estaciones remotas, con un intervalo de refresco de 1 segundo utilizando modulaciones 4-QPSK en los enlaces VSAT-Hub y BPSK en los enlaces Hub-VSAT. Utilizando un segmento espacial de 100 kHz y con un FEC de ½ se puede
obtener una capacidad de 112 kbps a compartir por las estaciones.
Para garantizar la continuidad de los datos se hace necesario la capacidad del sistema a gestionar retransmisiones de paquetes de información perdidos en el centro de control. Esta característica merma el aprovechamiento de la capacidad neta del sistema para la transmisión de datos, al haber de reservar un espacio para retransmisiones en l capacidad destinada a cada estación, pero garantiza la continuidad de los datos en caso de perdida de paquetes o cuando sean necesarios trabajos de mantenimiento en las estaciones y el centro de control.
La estructura del centro de control se divide en tres segmentos: el segmento de control, el de archivo y el de explotación. El primero alberga todos los sistemas encargados de configurar los recursos de comunicaciones disponibles en la red y gestionar su buen funcionamiento.
Resolución
del enlace entre el centro de control y los usuarios.
Se requiere un sistema de difusión de datos con una capacidad del orden de 9000 bps que permita a usuarios móviles la recepción de correcciones del sistema GPS bien sean de fase o de código. Actualmente existen servicios de correcciones de código como el RASANT que utilizan el sistema RDS para hacer llegar las correcciones a los
usuarios. Este sistema si bien es válido para correcciones de código no ofrece la capacidad necesaria para correcciones de fase cuya extrapolación incurre en un error no permisible para un posicionamiento preciso.
Otra opción es la utilización de los canales de datos GSM cuya capacidad permite albergar estos servicios, pero el usuario debería soportar el coste de la llamada al centro de control. Aunque en un futuro próximo aparecerán otros servicios móviles tanto sobre GSM como de tercera generación como el UMTS con capacidades mucho mayores,
actualmente no están disponibles y buscaremos una solución en servicios de difusión de datos más adecuados.
Las dos opciones que actualmente toman cuerpo, como sistemas puros de difusión de datos, son el DVB (Digital Video Broadcasting) y el DAB (Digital Audio Broadcasting). Ambos sistemas utilizan esquemas de transmisión de datos muy similares pero el DVB presenta ciertos inconvenientes frente al DAB.
Diseño
del sistema de difusión de correcciones por DAB.
El sistema DAB es el nuevo estándar de radiodifusión pensado para substituir los sistemas actuales de AM y FM, Este sistema permite un mejor aprovechamiento del espectro radioeléctrico conjuntamente con una mayor eficiencia de la potencia trasmitida. El sistema goza de una capacidad neta de 1.7 Mbps de los cuales un 20%
estarán reservados a los distintos servicios de datos que puede albergar. La división de los canales de datos serealiza mediante bloques de 8 Kbps y su rendimiento está en función del grado de protección de errores que se utilice.
Para su utilización como sistema de difusión de correcciones GPS válido para cualquier tipo de receptor, ha sido necesario el desarrollo de canales transparentes de datos que permiten conectar al receptor de DAB un receptor GPS mediante un puerto RS-232 genérico. El resultado ha sido el desarrollo de los canales TDC (Transparent Data
Channel) que permiten insertar en la trama del DAB un canal RS-232 asíncrono en el extremo del multiplexor del DAB y recogerlo en el extremo del receptor del usuario para ser inyectado al receptor GPS.
De este modo tenemos a disposición un sistema capaz de cubrir una amplia zona geográfica para satisfacer necesidades de usuarios móviles y fijos para el posicionamiento preciso, la navegación y la extracción de elementos para la cartografía de grandes escalas.
APLICACIONES
La posibilidad de ofrecer servicios en tiempo real a partir de las observaciones recogidas de una red de estaciones permanentes GPS abre un abanico muy amplio de aplicaciones, bien sea a partir de las observaciones en tiempo real para aplicaciones meteorológicas, como de los servicios de correcciones diferenciales como DGPS o RTK. La disponibilidad de los observables de la red de estaciones ofrece la posibilidad de establecer servicios diferenciales de Área Amplia o Wide Area, que rompen con las limitaciones de los sistemas comunes de transmisión de correcciones desde una única estación. Por otro lado la utilización del DAB para ofrecer los servicios ofrece una sinergia con los proyectos de ITS (Intelligent Transport Systems) como ERTICO, al haber identificado el DAB como el sistema que puede ofrecer el mayor valor añadido a los sistemas actuales de navegación debido a sus capacidades multimedia en usuarios móviles, con retardos pequeños. Los sistemas anteriormente descritos están siendo puestos en marcha por el Institut Cartogràfic de Catalunya, con el objeto de ofrecer servicios en tiempo real para una gran variedad de aplicaciones a partir de su red de estaciones permanentes GPS CATNET. Actualmente ambos sistemas se encuentran en fase experimental y han sido validados como herramientas útiles para ofrecer los servicios planeados de correcciones de fase en todo el territorio catalán.
CONCLUSIONES
En los últimos años se ha experimentado una expansión general en la instalación de redes regionales de estaciones permanentes GPS, la mayoría con finalidades científicas. El futuro de estas redes se basará, en sus capacidades para aplicaciones en tiempo real y en poner a disposición del público estos servicios. Se ha identificado la tecnología VSAT como un sistema válido para la transmisión en tiempo real de observables GPS de las estaciones de referencia a un coste razonable. Esta tecnología satisface los requisitos de capacidad y retardo que se imponen en las redes de estaciones permanentes. La implantación cada vez más aceptada del nuevo estándar DAB ha permitido el desarrollo de los canales TDC dentro de este sistema de difusión. Estos canales gozan de la capacidad suficiente para transmitir los servicios de correcciones de código y fase, poniendo a disponibilidad de los usuarios las ventajas de un posicionamiento preciso a bajo coste. La aceptación del sistema DAB por parte del mercado marcará el precio de los receptores aún hoy demasiado elevado para un uso generalizado, y por tanto la accesibilidad de estos servicios a un mayor sector
del mercado.
INFOGRAFÍA
www.dgac.gov.ec/docs/procedimientos/pro137-018.doc
http://www.trepat.com/html/nautica/furuno/folletos/3500.pdf
www.icc.es/pdf/bienni9900/geodesia/nuevas_bosch.pdf
http://www.oocities.org/es/mari0411ve/aplicacionesdelosgps.htm
http://www.oocities.org/es/naterany/hwepps/tf_epps.html