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GPS

Primera exposición. Conceptos básicos de GPS
by

William Prado

on 8 September 2011

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Transcript of GPS

GPS Diferencial técnica para mejorar la precisión funcionamiento 1. Obtención del rango a cada satélite
2. Obtención del pseudo-rango medido
3. Cálculo de la diferencia entre ambos rangos
4. Transmisión datos de corrección distancia posición precisa estación a satélite sujeto a errores generacion de datos de corrección rango máx. 60-70 Km. | asume errores pseudo-rangos correlacionados espacial y temporalmente en una región A-GPS precisión mejorada

reducción del tiempo de adquisición de posición

reducción del consumo de energía en el receptor

aumento de la sensibilidad del receptor terminal assisted

terminal based cantidad limitada de parámetros
estimación de posición en la red todos los parámetros (inluido corrección D-GPS)
estimación de posición en la terminal Fuentes de error Satélites Atmósfera Rutas múltiples Receptor User Equivalent Range Error (UERE) Disolución de Precisión (DoP) GPS permite determinar la ubicación de un receptor ubicado en la superficie de la Tierra Basado en el tiempo que tarda la señal en llegar al mismo.
Los relojes de los satélites no son perfectos
1 billonésima (nanosegundo) – 30 cm de la medición
Un reloj atómico presenta un error de un nanosegundo cada 3 años
GPS transmite su código a los receptores utilizando señales de radio que deben viajar a través de la ionosfera (50Km) y de la troposfera (200Km) de la Tierra.
La velocidad cambia dependiendo del medio en que la señal se propague.
El error atribuible a la
ionosfera es de aproximadamente 4m. Normalmente, la señal directa llega primero al receptor (requiere de menos tiempo) y luego las que proceden de rutas múltiples.

Es típico de ambientes forestales o de áreas urbanas. En algunos equipos por economía o por portabilidad se dejan de usar herramientas que permiten una mayor precisión en las medidas La dilución de precisión geométrica indica el efecto de la geometría de los satélites en el error de posicionamiento. El GDOP puede interpretarse como la razón entre el error de posicionamiento y el error de medición de distancia al satélite. Si los 4 satélites requeridos para determinar la posición de un punto forman un tetraedo, conforme aumenta el volumen del tetaedro se reducirá el valor del Sistema de Posicionamiento Global Medición de Tiempo y Distancia Cálculo de la posición p = (X −x) +(Y −y) +(Z −z) + c t ____________________________________________________________ | \/ / /\ __ i i 2 2 i i 2 Triangulación http://www.nasa.gov/audience/foreducators/topnav/materials/listbytype/How_Do_Global_Positioning_Systems.html Video: NASA Segmentos Espacial Control Usuarios 24 Satélites
6 órbitas
órbitas de 12 horas Estaciones de monitoreo
receptores GPS
Civiles
Militares Tipos de servicios - Privado
-Civil El código C/A (Coarse/Acquisition)
Señal transmitida solo en L1 El código P (Precision Code)
Señal transmitida en L1 y L2 Cronología 1957................1960........1963............1973.............1978......1983......1985......1989.....1990..........1994..........1995.................2004...............2005...............2007...................2010 Lanzamiento del Sputnik Primer satélite de navegación lanzado: TRANSIT IB (Uso militar) Nace el concepto de GPS con el Proyecto57 de la Corporación Aeroespacial Se comienza a desarrollar el sistema de navegación por satélite para la defensa (DNSS), que se convertiría en NAVSTAR (GPS), a partir de los dos sistemas existentes Febrero 22 Es lanzado el primer satélite GPS del bloque I Se permite el uso civil del GPS Último satélite del Bloque I es lanzado Primer satélite del Bloque II es lanzado Entra en operación el sistema NAVSTAR (GPS) Se completa la constelación GPS al ser lanzado el último satélite del Bloque II El Comando de la Fuerza Aerea Espacial declara la constelación GPS completamente operativa Se firma un acuerdo entre el gobierno de EEUU y la Comunidad Europea para la cooperación para el futuro sistema GALILEO Es lanzado el primer satélite modernizado con capacidad de transmitir señales de nivel civil (L2) Se cambia la arquitectura del sistema de control de tierra (GSCS) Lanzamiento del satélite más reciente Mayo 27 ¿Qué es el GPS? G P S ositioning lobal ystem "El GPS es un sistema de navegación basado en satélites compuesto por una red de 24 satélites y 5 de apoyo puestos en orbita por el Departamento de Defensa de EEUU. Originalmente pensado para aplicaciones militares, pero después puesto al servicio civil, el GPS es un sistema que trabaja en cualquier condición climática, en cualquier lugar, 24 horas al dia" Garmin Ltd. GPS GALILEO Características Sistema Civil
Cobertura Global
4 Servicios de Posicionamiento
Reporte de Integridad
Precisión más elevada que GPS Administrado por: Comisión Europea Agencia Espacial Europea Servicio Abierto Servicio Comercial Servicio de Regulación Pública Servicio de Seguridad de la Vida Capacidad de identificar errores y reportarlos al usuario Segmentos espacial tierra usuario 27 satélites en 3 órbitas + 3 satélites de apoyo Segmento de Control de Tierra (GCS)

Segmento de Determinación de Integridad (IDS) Dispositivos receptores modo dual (GPS + GALILEO) similar a SPS en GPS mayor precisión
de paga servicios gubernamentales tecnologías de mitigacion de interferencia
acceso limitado GPS estaciones de referencia ubicadas en tierra
equipadas con GPS de alta precisión
posición bien determinada receptor móvil selecciona satélites con datos de corrección mide los pseudo-rangos de manera convencional realiza las correcciones pertinentes Gracias! aplicaciones criticas en seguridad
alto nivel de integridad time-critical level Distancia = Tiempo x Velocidad 3 señales perfectas hacen lo mismo que 4 imperfectas Camilo A. Marroquin O.
Diego A. Montoya C.
William A. Prado L. Conclusiones Debido a su nivel de simplicidad y precisión, el GPS es una tecnología de amplia utiización
Se plantea como reto para el GPS, el poder mejorar su precisión, asi como permitir su adecuado funcionamiento en condiciones de constelacion incompleta.
El GPS es una tecnología fundamental en el campo de posicionamiento
El GPS puede ser utilizado con distintos propósitos. Bibliografia AxelKupper. LocationBasedServices Fundamentals and operation. Wiley, John & Sons, Incorporated. October 2005
Dana, Peter H. (1997) Global Positioning System Overview, NCGIA Core Curriculum in GIScience,http://www.ncgia.ucsb.edu/giscc/units/u017/u017.html, posted August 28, 1997.
Ershen Wang; Shufang Zhang; Zhixian Zhang (2010) Research on the Incomplete Constellation GPS Positioning Algorithm by a Combined Altitude and Clock Bias Model.
Jiung-yao Huang; Chung-Hsien Tsai (2008) Improve GPS positioning accuracy with context awareness.
Ershen Wang; Shufang Zhang; Zhixian Zhang (2010) Research on the Incomplete Constellation GPS Positioning Algorithm Aided by Altitude
Yamaguchi, S.; Tanaka, T. (2006) GPS Standard Positioning using Kalman filter.
Garmin Ltd., About GPS: What is WAAS? (sin fecha.). Recuperado el 5 de abril de 2011, de http://www8.garmin.com/aboutGPS/waas.html
Federal Aviation Administration, Navigation Services – WAAS – How It Works (11 de agosto de 2010). Recuperado el 5 de abril de 2011, de http://www.faa.gov/about/office_org/headquarters_offices/ato/service_units/techops/navservices/gnss/waas/howitworks/
Shallberg, K.; Fang Sheng (2008) WAAS measurement processing; current design and potential improvements.
Hyeon-Seob Eom; Min-Cheol Lee (2010) Position error correction for DGPS based localization using LSM and Kalman filter. Agenda Definición
Historia
Segmentos
Servicios
Triangulación
Errores
D-GPS
WAAS
GALILEO
Aplicaciones
Conclusiones Galileo Constellation Tomado de Axel Kupper [2005] Receptor GPS Tomado de gpsnewsupdates.com Tomado de Axel Kupper [2005] Tomado de Axel Kupper [2005] Funcionamiento WAAS Aplicaciones | Civiles Telefonia celular Servicios de emergencia Rastreo Geotagging Rastreo de aeronaves Tours GPS Cartografia Navegacion Recreacion Agrimensura Tectonica Militares Navegacion | Rastreo de objetivos Guia de misiles y proyectiles Busqueda y rescate Reconocimiento Deteccion de detonaciones nucleares Llamadas de emergencia
Aplicaciones moviles Combatir el crimen
Deteccion de incendios
Manejo de ambulancias Proteccion de automoviles
Deteccion de mascotas
Vigilancia de convictos Georeferenciar fotografias u otros documentos Reporta velocidad, direccion, altitud
Seguridad (GA)
Control
Conocimiento de la situacion Informacion de puntos de interes mostrada de acuerdo a la localizacion Amplia utilizacion en la elaboracion de mapas Informacion precisa de velocidad y orienteacion Geocaching
Geodashing
GPS drawing
Waymarking Elaboracion de mapas
Determinacion de limites Medicion del movimiento de fallas durante los sismos Encontrar objetivos en territorio desconocido
Coordinar movimiento de tropas y provisiones

Rastreo de blancos potenciales antes de ser marcados como hostiles
Ayuda a sistemas de municiones y aeronaves para encontrar objetivos
Uso en misiles de crucero, municiones de precision y proyectiles de artilleria Ubicacion de pilotos accidentados Manejo preciso de movimiento de patrullas Detectores de detonaciones nucleares en los satelites GPS Wide Area Augmentation System creado por la FAA y el DOT empleado en la aeronavegacion en EEUU permite conocer ubicacion horizontal y vertical de la aeronave de manera precisa
margen de error max. 3mts 95% de las veces
empleado en todas las fases del vuelo
corrige los errores de la señal GPS

Compuesto por: 25 estaciones de referencia
2 estaciones maestras
2 satelites geoestacionarios funcionamiento estaciones de referencia recolectan info de los satelites GPS y la envian a estaciones maestras
estaciones maestras generan mensajes de correccion y los transmiten a satelites geoestacionarios
satelites geoestacionarios transmiten en una señal similar a la de GPS
dispositivo receptor de GPS recibe los datos y los emplea en el procesamiento para determinar posicion Ventajas no necesita equipo adicional
informa acerca de lugares donde no es posible usar GPS/WAAS
alta precisión
alto nivel de integridad
puede ser usado en navegación marítima Tomado de: http://www.aero.org/ margen de error: 3-5m. Garmin estaciones de referencia datos de asistencia, corrección y adquisición infraestructura red celular SMLC (GSM)
RNC (UMTS) Service Mobile Location Center Radio Network Controller Dispositivo no debe calcular la órbita de los satélites, ésta información es procesada por la red el tiempo de adquisición de posición se reduce, así como el consumo de energía |
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