Capítulo 7
Sistema global de posicionamiento por satélite (GNSS)
Segmento de usuario
Instrumentos utilizados para el cálculo de coordenadas. Consta fundamentalmente de una antena y un receptor
- El receptor recibe tantas señales como el producto entre el número de satélites en seguimiento (limitado por el nº de canales del aparato) y el número de portadoras presentes (L1-monofrecuencia, ó L1 y L2- bifrecuencia). Cada señal es aislada por el receptor, que obtiene, mediante un proceso llamado “heterodino”, la frecuencia intermedia “FI” que es la que se emplea en el cálculo de las pseudodistancias.
- La antena receptora del aparato tiene la misión de convertir una radiación electromagnética, en una corriente eléctrica que contendrá toda la información modulada sobre las señales radiadas, enviándola a través de un cable hasta un preamplificador, que amplifica la frecuencia de la banda L1, o de la L1 y L2, para llegar finalmente a la etapa receptora.
Para obtener las coordenadas de la antena del receptor, sólo es necesario hacer tres mediciones de este tipo a los satélites. La posición de la antena viene determinada por la intersección de las tres esferas resultantes, con la posición de los satélites como centro, y con las distancias medidas, como radios de las mismas.
¿Qué es un Sistema Global de Navegación por satélite?
(GNSS - Global Navigation Satellite System)
Es un sistema de localización mundial que permite identificar la posición de un receptor y la hora, a partir de una señal emitida por una constelación de satélites
En la actualidad existen dos sistemas en funcionamiento
GALILEO
Sistema de Posicionamiento Global
Iniciativa de la Unión Europea y la Agencia Espacial Europea (ESA)
Sistema Orbital Mundial de Navegación por Satélite
Un sistema civil independiente, pero con intención de ser complementario e interoperable con GPS y GLONASS, de cobertura mundial
NAVSTAR-GPS
GLONASS
"GPS"
NAVSTAR-GPS
GPS (Navigation System with Timing And Ranging- Global Position System)
Departamento de Defensa de E.E.U.U.- Origen militar
- Operativa totalmente desde 1995 (1993)
Ministerio de Defensa de la Federación Rusa- Origen militar
GLONASS
- Cobertura mundial
Globalnaya Navigationnaya Sputnikovaya Sistema
- Operativa desde 1996
- 24 satélites (+ 3 repuesto) en órbita a 20200 km, alrrededor de seis planos (4 satélites/plano) con una inclinación de 55° respecto al plano ecuatorial
- Teórica, 24 satélites en órbita a 19200 km, alrrededor de ocho planos (3 satélites/plano). 21 en activo.
- Plan de mejora (renovación) de satélites GPS en marcha. La idea es sustituir los 24 y tener 6 de repuesto. Ya se ha lanzado el primero (GPS IIF-1)
- Debido a la falta de recursos, en abril 2002, solo 8 satélites operativos. En 2007, operativos 19 (cobertura toda Rusia). En 2010 estaba prevista cobertura mundial??.
Estados Unidos de América
Diseño del levantamiento/replanteo
Realización de las operaciones de campo
Determinación de los requerimientos del trabajo a realizar
Organización de los trabajos
Obtención de la cartografía
Una vez conocido este valor numérico, el error de las mediciones ha de garantizar que se encuentran por debajo de la tolerancia, lo que a su vez condiciona la gama de equipos que se puede utilizar en el desarrollo de los trabajos
•Normativa o reglamentariamente
•Mediante la escala con la que se quiera obtener los resultados del modelo o mediante la resolución admisible a los fines del trabajo
•Por similitud con las exactitudes de otras fuentes de datos que se van a emplear en el modelo
•A partir del estudio de sensibilidad del modelo, sobre cómo influye la variación de las posiciones planimétricas en el resultado definitivo
Funcionamiento del sistema GNSS
Se asemeja al método topográfico de intersección inversa
Clasificación de receptores
Métodos para determinar el valor de la tolerancia:
"Visar a puntos de coordenadas conocidas (generalmente vértices geodésicos, A, B, C), desde un punto de coordenadas desconocidas o punto de estacionamiento (P), anotando su lectura angular; mediante la resolución matemática de los triángulos resultantes, se obtienen las coordenadas del punto de estación"
Clasificación sencilla y práctica del tipo de receptor, por su correlación con la precisión que ofrecen
En el sistema GNSS, los puntos de coordenadas conocidas son móviles (satélites) y no se emplean medidas angulares en la resolución de la trisección sino distancias, utilizando para ello la velocidad de las ondas de radio, que coincide con la velocidad de la luz (en el vacío, c = 2.998 x 108 m/s 300.000 km/s). La resolución de ambigüedades requiere de al menos cuatro satélites para determinar la posición del punto (x, y, z, t) en el que se encuentra el receptor.
Se trata de determinar el valor de la tolerancia
Cada satélite define la ecuación de una esfera a partir de su posición; el radio de esta esfera es igual a la distancia entre el GPS receptor y el satélite (emisor) y la intersección entre las esferas, es lo que determina la ubicación del usuario
"El mayor valor de error admisible que se puede cometer para satisfacer los fines del trabajo"
Tolerancia del trabajo
1 ppm equivale a un error de 1 cm por cada 10 km de distancia en las líneas base (base-rover)
Los llamados navegadores, y los equipos monofrecuencia, utilizan la medición en código mientras que los equipos bifrecuencia, miden en código y en fase.
Exactitud posicional requerida
Son equipos de alta complejidad, que permiten obtener precisiones que van del rango de los 3 centímetros a unos pocos milímetros, tanto en planimetría como en altimetría. La distancia a los satélites, a diferencia de los demás métodos, se calcula en función de la fase de la onda portadora que envían los satélites.
El sistema GPS puede ser desestimado en beneficio de otros métodos como el LIDAR
¿Es posible obtener la información con la calidad exigida (tolerancia) sobre la base de la comparación entre, el coste estimado para su obtención y el presupuesto disponible, todo ello en el plazo de tiempo necesario?
Responder técnicamente a si con los recursos disponibles
Determinar los requerimientos del trabajo a realizar
Principales aportaciones del sistema GNSS
•Es un sistema económico con el que se obtienen importantes rendimientos en los trabajos de campo.
•No tiene requerimientos de visual entre la estación base y el receptor itinerante. Hasta el advenimiento del GPS, la ínter visibilidad era un factor limitante en cualquier práctica de medición topográfica.
•Es un sistema más sencillo de usar que los clásicos aparatos topográficos y ofrece una solución de coordenadas final en un sistema proyectado sin necesidad de realizar cálculos.
•El sistema ahorra tiempo en el procesado de la información ya que ofrece coordenadas absolutas, bien sean elipsoidales o proyectadas en algún sistema de referencia, frente a los métodos tradicionales.
•Es una tecnología generalizada e integrable en prácticamente cualquier dispositivo, lo que ha extendido su uso en la sociedad. Aparece integrado en automóviles, cámaras de fotos, ropa, etc.
•Permite realizar mediciones dinámicas, en tiempo real, y transmitir esa información a cualquier lugar del mundo.
•Cada punto medido es una medición independiente, por lo tanto no existe una propagación de errores.
•El GPS puede utilizarse prácticamente bajo cualquier condición climática.
Como inconveniente cabría destacar que en ocasiones se producen dificultades de medición por apantallamiento (que impide la recepción de la señal), por efectos de multipath, (de rebote de la señal) o por la existencia momentánea de configuraciones posicionales de la red de sensores remotos.
ERRORES DEL SISTEMA
Sistematismos en los satélites
En el estado y marcha de los relojes
En las efemérides transmitidas
Sistematismos en la estación
Estado y marcha de los relojes de los receptores
Coordenadas de aproximación incorrectas
Sistematismos en el medio de propagación de la onda electromagnética
Otras fuentes de error
Sistematismos en la propagación
En caso contrario,
Determinar los requerimientos del trabajo a realizar
/
Efecto “multicamino” (multipath),
Error de excentricidad en la antena receptora
Las contribuciones al error esperado se pueden estimar mediante:
/
Si los "objetos" se ven, se conoce la fecha y la tolerancia de los datos es admisible,
"GPS"
¿Es posible capturar esa información a partir de la disponible en una ortofotografía (digitalización)?.
2º
UERE (User Equivalent Range Error): es la contribución al error en la medida de la distancia, cuando se considera de forma aislada, la fuente de error
DOP (Diluition Of Precision): es la contribución al error por la geometría generada constelación-receptor. Es un valor adimensional cuyo valor ideal sería 1
GDOP (3 coordenadas y estado del reloj)
PDOP (3 coordenadas)
HDOP (2 coordenadas, planimetría)
VDOP (altitud) y
TDOP (estado del reloj).
relativas a los objetos y a la calidad
1º
¿Qué necesidades topográficas tiene el trabajo a realizar?
Levantamiento
Composición del sistema (ejemplo, GPS)
Replanteo
Organización de los trabajos
Operaciones topográficas
Segmento de usuario
Segmento de control
Segmento espacial
Conjunto de estaciones de tierra que recogen los datos de los satélites y monitoriza el sistema GPS
Satélites que forman el sistema
Receptores GPS que reciben las señales del segmento espacialy sus programas de procesado de datos
5 estaciones de monitoreo (Hawaii, Kwajalein, Isla Ascencion, Diego Garcia y Colorado Springs)
3 estaciones terrestres (Isla Ascencion, Diego Garcia y Kwajalein)
1 estación maestra de control (Base áerea de Falcon Colorado)
Segmento espacial
Satélites que forman el sistema
Por el momento en el que se efectúan las correcciones
Los satélites envían señales complejas formadas por varios componentes que se estructuran sobre una señal principal. A partir de esta señal principal y derivada de ella, se producen los dos componentes principales: las portadoras. Estas portadoras se emiten en la banda L del espectro y se denominan L1 (1.575’42 MHz) y L2 (1.227’60 MHz).
El empleo de dos frecuencias distintas se debe a que la atmósfera proporciona un cierto retardo en la propagación de las ondas, siendo este retardo función de la frecuencia. Al utilizar dos frecuencias distintas se puede conocer ese retardo y compensarlo en consecuencia.
Sobre las dos portadoras se insertan, por modulación, varios códigos cifrados que rigen el funcionamiento del sistema. Estos códigos transportan, en código binario, la información necesaria para el cálculo de las posiciones. El más básico es el código C/A (Coarse/Acquisition) que va dentro de la señal L1 mediante modulación. Este código es leído por todos los receptores. Otro código modulado sobre el conjunto de la L1 y la L2 es el denominado P (Precise), que permite un incremento muy notable en la precisión del sistema y en la velocidad de medición.
Por ubicación
Técnica que permite obtener las coordenadas de un punto con una precisión inferior a un metro en planimetría, aunque la precisión en altimetría es algo menor; ambas pueden mejorar en función del tipo de receptor utilizado
Según el método de registro de datos
El método se basa en la corrección de todas las posiciones tomadas (calculadas con un receptor fijo en un punto conocido que recibe el nombre de base), que luego son aplicadas a un receptor itinerante.
En función de cómo se realiza la corrección se observan tres clasificaciones:
Corrección diferencial
Segmento de control
Agrupados en otras dos categorías
Solo es necesario un receptor. El posicionamiento autónomo tiene una precisión que oscila nominalmente entre cuatro y veinte metros, en planimetría. El usuario solamente debe medir con el aparato en el punto del que desea obtener la posición y el instrumento, realiza los cálculos y adaptaciones necesarias
5 estaciones de monitoreo (Hawaii, Kwajalein, Isla Ascencion, Diego Garcia y Colorado Springs)
3 estaciones terrestres (Isla Ascencion, Diego Garcia y Kwajalein)
1 estación maestra de control (Base áerea de Falcon Colorado)
Métodos basados en la medida de fase de las portadoras (estático, cinemático, incluso semicinemático)
Posicionamiento Autónomo
Clasificación extendida
Los datos enviados desde cada satélite a la central, son procesados, calculándose con ello las efemérides, estados de los relojes, etc. y una vez actualizada la información, esta se transmite y almacena en la memoria de cada satélite para su radiodifusión.
Métodos basados en la lectura de código (absoluto y diferencial)
Métodos de medición
Sig
INTRODUCCIÓN AL TRATAMIENTO DE DATOS ESPACIALES EN LA HIDROLOGÍA
Sig