Trabajo practico de vectores GPS

Trabajo practico de vectores

GPS

Cómo funciona.

El departamento de Defensa de Estados Unidos de mantiene un sistema confiable de navegación mundial de operación continua (GPS). Inicialmente se llamó NAVSTAR e incluye una constelación oficial de 24 satélites (más repuestos activos) que se mueven en órbita alrededor de la tierra en una altitud de aproximadamente 22.000 kilómetros.

Principios Básicos.

Dichos satélites transmiten diversas informaciones codificadas a los usuarios de GPS en diversas frecuencias de UHF (por ejemplo, código de C/A en L1, 1575.42 megaciclos).

Esta información permite que el equipo del usuario calcule un vector para cada satélite. El GPS es esencialmente un sistema que mide el tiempo - los vectores son calculados midiendo el tiempo de cuánto tiempo toma para que la señal cifrada del GPS alcance la antena del GPS del usuario. Para calcular una posición geográfica, el receptor del GPS utiliza un algoritmo complejo que incorpora coordenadas y vectores basados en cada satélite.

La recepción de cualesquiera cuatro o más de estas señales permite que un receptor del GPS compute los coordenadas 3D. El seguimiento de solamente tres satélites reduce el arreglo de la posición a las 2 coordenadas (horizontales con vertical indefinida). El receptor del GPS calcula su posición con respecto al centro de la fase de la antena del GPS. La latitud, la longitud, y la altitud de la antena se refieren según la revisión actual del elipsoide geodésico 1984 del sistema global WGS 84

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Servicios del GPS

La exactitud de posicionamiento ofrecido por el GPS varía dependiendo del tipo de servicio y de equipo disponibles. Por motivos de seguridad, existen dos servicios del GPS: el servicio de posicionamiento estándar (SPS) y el servicio de posicionamiento exacto (PPS). El SPS utiliza un código modulado sobre la señal para la medición y se refiere como el código aproximado de adquisición (código C/A). El Departamento de Defensa de los E.E.U.U. reserva el PPS para uso de sus personales y socios autorizados. El PPS utiliza un código diferente que el SPS, referido como código exacto (P-code) y contiene más resolución que el código de C/A. El  SPS es gratuito para los usuarios civiles.

Actualmente, un GPS autónomo puede proporcionar exactitud en la posición de 10-15 metros, dependiendo de la sofisticación del procesador del aparato. Para muchos de los usos de posicionamiento y navegación, este nivel de exactitud no son suficientes, y debe emplezarse técnicas conocidas como Diferenciales.

El Error aceptable y la necesidad de la corrección diferencial.

Hay varias fuentes de errores que alteran la exactitud de los receptores del GPS y asímismo varias maneras de compensarlas.

Para mantener una ventaja estratégica, los EE UU solían degradar artificialmente el funcionamiento del SPS de modo que la exactitud de posicionamiento fuera limitada a 100 metros el 95% del tiempo. Esta degradación intencional fue llamada Selective Availability (SA). El efecto de la SA se eliminó definitivamente en 2007.

Las fuentes de error que ahora degradan el funcionamiento del GPS incluyen errores atmosféricos, la geometría de los satélites, las trayectorias múltiples, errores de medición de tiempo y errores basados en los sistemas de los satélites en órbita.

Errores atmosféricos:

Los errores atmosféricos son la fuente de errores más significativa de GPS.
Con los satélites moviéndose en órbita alrededor aproximadamente de los 20,000km sobre la tierra, las señales del GPS tienen que viajar con la ionosfera y las capas de la troposfera antes de alcanzar la antena de receptor. La ionosfera es el término colectivo para las varias capas de partículas ionizadas y de electrones encontrados en las altitudes de 80-250 kilómetros en la atmósfera. La ionización es causada sobre todo por la radiación solar de onda corta (Rayos X, UV y Gamma) durante el día. Las actividades ionosféricas tienen el impacto más grande en exactitud del GPS. 

Geometría Satelital:

Puesto que un receptor utiliza la triangulación de la señal GPS para determinar su localización en la tierra, cuanto mejor es la geometría de los satélites en el cielo (más obtuso), se obtendrá el mejor resultado de la triangulación.

El efecto de la geometría basada en los satélites sobre el error de posición se llama Disolución de Precisión, designada comúnmente el DOP. Un receptor del GPS computa constantemente un valor del DOP basado en los satélites que son utilizados para el cálculo de la posición (o del arreglo). Cuanto mejor es la geometría (los satélites se separan correctamente en el cielo), más bajo es el valor del DOP. Con todos los satélites confinados en una porción del cielo o bloqueados por los edificios, montañas, etc, la geometría será pobre y el valor computado del DOP será alto.

No hay una definición de qué se considera una “buena” o “mala” DOP. Sabiendo que el valor ideal del DOP es 1, las diversas aplicaciones requerirán diversas exactitudes y permitirán arreglos más altos del DOP. Generalmente, 1 a 2 es excelentes, 3 a 4 es bueno, 5 a 7 es justo y 8 ysuperior es pobre. En topografía lo correcto es trabajar al rededor de 2 con un máximo de 5. La corrección diferenciada no compensará errores del DOP. Para compensar, puesto que el DOP es computado por el receptor, la mayoría del software del GPS ofrecerá los filtros para prevenir la operación o la grabación cuando el DOP alcanza un valor de precolocación.

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Trayectoria múltiple (multipath):

La Trayectoria múltiple es el fenómeno de la propagación que da lugar a las señales de radio que alcanzan la antena de recepción por dos o más trayectorias. Las causas de de trayectoria múltiple incluyen la canalización atmosférica, reflexión y refracción ionosférica, y reflexión de cuerpos del agua, de montañas, de árboles y de edificios.

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La corrección diferencial no compensará errores de trayectoria múltiple. Ciertas precauciones reducirán al mínimo sensibilidad de la antena del GPS a estas señales reflejadas, como el funcionamiento lejos de las estructuras reflexivas grandes tales como edificios. Una combinación de gama alta de receptor y antena será más robusta en el rechazo de trayectoria múltiple, mientras que un receptor del económico recibirá una cantidad más alta de de trayectoria múltiple.

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