VICERRECTORADO
DE ESTUDIOS VIRTUALES
MATERIA:
EQUIPOS
DE POSICIONAMIENTO POR SATELITE (GPS Y DGPS)
TRABAJO 2: Descripción del Sistema GPS
Obtención
de la Situación y Exactitud de las situaciones
GPS trabaja
con el principio de triangulación. Conociendo la distancia desde tres o más
satélites, el receptor puede calcular su posición resolviendo un conjunto de
ecuaciones. Se necesita la información de esos tres satélites para conocer la
longitud y latitud a una elevación conocida. Para conocer también la altitud
será preciso conocer la distancia a al
menos cuatro satélites. También se podrá sincronizar el reloj del receptor.
Los
satélites dan dos vueltas alrededor de la Tierra en 1 día a
En
teoría, se puede calcular la distancia del satélite al receptor multiplicando
la hora que nos llega en la señal que transmite por la velocidad a la que viaja
ésta, la velocidad de la luz. En la práctica, se requieren cálculos más
sofisticados para tener en cuenta el hecho de que los relojes de los receptores
no son tan precisos como los del satélite. También interfieren en la señal
recibida las condiciones atmosféricas y las perturbaciones solares. Todos los
receptores GPS necesitan visión directa con cada satélite.
La
técnica que se utiliza para determinar las distancias es la de medida del
retardo que sufren las señales emitidas por los satélites. Esta técnica consiste en que conocidas las posiciones de los
satélites y determinadas las distancias entre éstos y el observador, a partir
de la medida de los tiempos empleados por los satélites en recorrer las
respectivas líneas de visión, se calculan esferoides cuya intersección es la
posición del observador. Esto sería en el caso ideal de propagación de las
señales enviadas por los satélites, en realidad, no se determinan las distancias satélite-receptor, sino las llamadas pseudodistancias, que serían la suma de las distancias
reales más el error debido a derivas en el reloj del receptor, entonces la
intersección de los esferoides no nos dará la posición exacta del receptor sino
que habrá una pequeña incertidumbre alrededor de la posición verdadera.
Las
portadoras de los satélites, todas de la misma frecuencia, son moduladas en
fase (BPSK), mediante diferentes códigos pseudoaleatorios.
El satélite difunde códigos y datos de navegación en dos frecuencias usando la
técnica de Acceso por División en Código (CDMA); esto es, el sistema sólo
utiliza dos frecuencias llamadas L1 (1575.42 MHz) y
L2 (1227.6 MHz). Cada satélite emite a esas
frecuencias pero con diferente código del empleado por los otros satélites. El
receptor establece la correlación entre los códigos recibidos y el código
almacenado en su memoria correspondiente a un satélite, lo que permite separar
la emisión de ese satélite del resto y determinar el retardo producido por es
señal (técnica de espectro ensanchado)
Pero
¿como funciona un receptor GPS?
Los receptores GPS reciben la
información precisa de la hora y la posición del satélite. Exactamente, recibe
dos tipos de datos, los datos del Almanaque, que consiste en una serie de
parámetros generales sobre la ubicación y la operatividad de cada satélite con
relación al resto de satélites de la red, esta información puede ser recibida
desde cualquier satélite, y una vez el receptor GPS
tiene la información del último Almanaque recibido y la hora precisa, sabe
donde buscar los satélites en el espacio; La otra serie de datos, también
conocida como Efemérides, hace referencia a los datos precisos, únicamente, del
satélite que está siendo captado por el receptor GPS,
son parámetros orbitales exclusivos de ese satélite y se utilizan para calcular
la distancia exacta del receptor al satélite. Cuando el receptor ha captado la
señal de, al menos, tres satélites calcula su propia posición en la Tierra
mediante la triangulación de la posición de los satélites captados,
Posicionamiento con GPS
Esto significa proporcionar la latitud y longitud del punto en
el que nos encontramos sobre la superficie terrestre. Por tanto, la mayoría de
receptores proporcionan los valores de estas coordenadas en unidades de grados
(°) y minutos ('). Tanto la latitud como la longitud son ángulos y por tanto
deben medirse con respecto a un 0° de referencia bien definido.
Latitud: Hemisferios Norte y Sur
La latitud se mide con respecto al Ecuador (latitud 0°). Si un
punto determinado se encuentra en el hemisferio norte (sur), su coordenada de
latitud irá acompañada de la letra N (S). Otro tipo de nomenclatura refiere
latitudes norte con números positivos y latitudes sur con números negativos.
Longitud: Este, Oeste
Por razones históricas, la longitud se mide relativa al
meridiano de Greenwich. Si medimos un ángulo al este
(oeste) del meridiano de Greenwich escribimos la
letra E (W) acompañando al número que da la longitud. Algunas veces se utilizan
números negativos. Por ejemplo, los siguientes valores
de longitud son equivalentes: W 90°; E 270°; and
-90°.
Precisión del sistema GPS
GPS proporciona
dos servicios, como ya comentamos en el apartado anterior, PPS (Precise Positioning Service) y SPS
(Standard Positioning Service).
El SPS está destinado a uso civil, mientras que PPS está orientado al uso por
parte de los militares y algunas agencias del gobierno de los Estados Unidos.
Los usuarios de PPS tienen acceso a los códigos C/A y P, mientras que los
usuarios civiles sólo tienen acceso a los códigos C/A.
PPS
ofrece una precisión predecible de al menos 22m el 95% de las medidas en el plano
horizontal y 27.7m el 95% en el plano vertical; en cuanto a tiempo transferido
su precisión es de 200ns (95%), referido a la hora del US Naval Observatory, que se denota como UTC(USNO).
La precisión en medidas de velocidad es de 0.2m/s (95%). El acceso a PPS para
usuarios civiles está protegido por la disponibilidad selectiva (SA) y por el Anti-spoofing (AS), basado en
criptografía, que intenta evitar la reactuación por parte de adversarios, es
decir, que intercepten códigos, señales de navegación, etc. y que después los
reenvíen a la víctima potencial para engañarla.
SPS
está disponible para todos los usuarios del mundo. No hay restricciones en su
uso. Este servicio proporciona unas predicciones de precisión de 100m el 95%
del tiempo en el plano horizontal y 27.7m el 95% en el plano vertical. En lo
referido a tiempo transferido su precisión es de 340ns (95%).
Si
nos ceñimos a la diferencia de precisión para códigos C/A y P (en este caso
para el 50% de las medidas) tenemos garantizadas las siguientes medidas:
Códigos
C/A Códigos
P
3D
2D
Vertical
Se
puede mejorar esta precisión por integración de medidas. Utilizando técnicas
diferenciales se pueden reducir los errores en un orden de magnitud. La
precisión del tiempo transferido (desviación típica), oscila, para códigos C/A
y sin SA entre 50 y 100ns. Con la SA operativa el error obtenido es de unos
300ns.
INFOGRAFIA
http://www.tel.uva.es/personales/jpozdom/telecomunicaciones/tutorial/contenido.html
http://www.gpschile.com/pagesection/Info.do?m=ver&id=2
http://www.elgps.com/documentos/comofuncionagps/comofuncionagps2.html
http://www.neo-shop.com/cgi-bin/generar.exe?tienda=0005&categoria=0055&prod_id=0005RE190505R1
http://www.venaventours.com/GPS1.asp
http://fcf.unse.edu.ar/pdf/lpr/p8.PDF