INFORME GPS DIFERENCIAL.pdf

UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN INSTITUTO DE INFORMATICA Y TELECOMUNICACIONES – ITEL

TRABAJO - INFORME “SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL (GPS) DIFERENCIAL”

CURSO: TOPOGRAFÍA ELECTRÓNICA DOCENTE: W. SERGIO ALMANZA QUISPE ESTUDIANTE: SOTO CÁRDENAS JONATHAN CICLO: I TARDE FECHA DE ENTREGA: 09 DE JUNIO DEL 2015 TACNA – PERÚ 2015

UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN

INSTITUTO DE INFORMÁTICA Y TELECOMUNICACIONES ITEL

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INTRODUCCIÓN Hoy en día, la tecnología da para mucho. Cada vez más, nos maravillamos de los avances que se dan en el campo tecnológico y electrónico. Uno de ellos, que no lleva mucho tiempo en funcionamiento, es el Sistema de Posicionamiento Global o GPS (Global Positioning System).

La funcionalidad de éste sistema, es netamente de ubicación de objetos. Tanto aéreos como terrestres.

El sistema GPS, funciona por medio de 24 satélites (conocidos como NAVSTAR), que constantemente están dando la vuelta a la órbita terrestre. Estos 24 satélites, rodean la tierra en seis diferentes direcciones.

Esto ocurre, para que puedan tener una mejor cobertura del globo. Ahora, cada satélite, logra dar dos vueltas a la tierra por día. Otra variable, que facilita y ayuda a lograr una mayor precisión al sistema GPS.

Este sistema como tal, está operativo desde fines de la década de los 70`. Claro, que su uso inicial, fue estrictamente militar. Varios años tuvieron que pasar, para que el servicio se adaptara al público en general.

Los satélites o NAVSTAR, se comunican constantemente con los dispositivos GPS, que están ubicados en la tierra. Los satélites transmiten información propia de ellos, que número son, la posición de ellos y con la confirmación de la hora en que se envía el mensaje. Hora que corr4esponde a la zona que está surcando.

Y acá está la gracia del GPS, éste compara la hora en que fue recibido el mensaje, con la hora en que fue enviado. Con ello calcula donde está el satélite.

Luego con el resto de los satélites, se realiza una triangulación hacia el dispositivo en tierra, con lo que se puede saber dónde se está exactamente. Por lo que el dispositivo

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GPS en tierra, recibirá las coordenadas de longitud, latitud y altitud. Aparte del servicio anexo de dirección de viaje o ruta.

Es por ello que cuando un automóvil, posee un GPS, el piloto puede conocer el camino más corto a casa o cómo se llega a una dirección. Ya que los sistemas GPS terrestres, poseen en la memoria, los planos de las ciudades en que funcionan.

Con respecto a la señal en que funcionan los GPS, los satélites transmiten dos tipos de señales, la LI y la L2. Los GPS que pertenecen a los civiles, utilizan la señal LI.

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SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL (GPS) DIFERENCIAL 1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL GPS El SPG o GPS (Global Positioning System: sistema de posicionamiento global) o NAVSTAR-GPS1 es un sistema global de navegación por satélite (GNSS) que permite determinar en todo el mundo la posición de un objeto, una persona o un vehículo con una precisión hasta de centímetros (si se utiliza GPS diferencial), aunque lo habitual son unos pocos metros de precisión.

El GPS funciona mediante una red de 24 satélites en órbita sobre el planeta tierra, a 20.200 km, con trayectorias sincronizadas para cubrir toda la superficie de la Tierra. Cuando se desea determinar la posición, el receptor que se utiliza para ello localiza automáticamente como mínimo tres satélites de la red, de los que recibe unas señales indicando la identificación y la hora del reloj de cada uno de ellos. Con base en estas señales, el aparato sincroniza el reloj del GPS y calcula el tiempo que tardan en llegar las señales al equipo, y de tal modo mide la distancia al satélite mediante "triangulación" (método de trilateración inversa), la cual se basa en determinar la distancia de cada satélite respecto al punto de medición. 1.1. MEDICIÓN DE LAS DISTANCIAS: El sistema GPS funciona midiendo el tiempo que tarda una señal de radio en llegar hasta el receptor desde un satélite y calculando luego la distancia a partir de ese tiempo.

Las ondas de radio viajan a la velocidad de la luz: 300.000 km/s en el vacío. Así, si podemos averiguar exactamente cuando recibimos esa señal de radio, podremos calcular cuánto tiempo ha empleado la señal en llegar hasta nosotros. Por lo tanto, solo nos falta multiplicar ese tiempo en segundos por la velocidad de la luz (300.000 km/s) y el resultado será la distancia al satélite.

La clave de la medición del tiempo de transmisión de la señal de radio, consiste

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en averiguar exactamente cuando partió la señal del satélite. Para lograrlo se sincronizan los relojes de los satélites y de los receptores de manera que generen la misma señal exactamente a la misma hora. Por tanto, todo lo que hay que hacer es recibir la señal desde un satélite determinado y compararla con la señal generada en el receptor para calcular el desfase. La diferencia de fase será igual al tiempo que ha empleado la señal en llegar hasta el receptor

2. GENERALIDADES DE LOS SATELITES: 2.1. DATUM: Un datum está constituido por una superficie de referencia geométricamente definida, habitualmente un elipsoide, dado por la longitud, latitud, y altura, y un punto fundamental en el que la vertical del geoide y al elipsoide sea común.

La altimetría se refiere al geoide como altura H. Es evidente que como el geoide es una superficie irregular, sólo coincidente con el elipsoide al menos en el punto fundamental del datum elegido, habrá que tener en cuenta la separación del geoide y elipsoide, u ondulación del geoide.

Estableciéndose la expresión h=N+H. Del sistema del satélite podemos obtener h, pero sin una buena carta del geoide no podremos conocer N ni calcular H que es el valor que necesitaremos para trabajar topográfica y geodésicamente.

Desde el punto de vista de las coordenadas de los satélites no se complica demasiado el problema, pues solo hay que añadir a las fórmulas que daban su

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posición en el sistema inercial los parámetros de rotación terrestre antes mencionados; en cualquier caso las coordenadas del satélite seguirán siendo variables en función del tiempo.

Desde este sistema de referencia podemos pasar a otros, como al elipsoide, por ejemplo, mediante un proceso matemático, obteniendo longitud, latitud y altura, una vez conocida la orientación y situación de la superficie de referencia definida por el datum. Si conocemos la altura del geoide N sobre el elipsoide, podremos manipular altitudes ortométricas sobre el geoide, que son las que queremos usar normalmente porque son directamente mensurables.

2.2. SEGMENTO USUARIO: Hablando de la utilización del GPS como instrumento topográfico este segmento comprende los siguientes elementos (equipo de campo):

2.2.1. Antena: Componente que se encarga de recibir y amplificar la señal recibida por los satélites.

2.2.2. Receptor: Recibe la señal recogida por la antena y decodifica esta para convertirla en información legible.

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2.2.3. Terminal GPS o Unidad de Control: Ordenador de campo que muestra la información transmitida por los satélites y recoge todos datos útiles para su posterior cálculo, de aplicaciones Topográficas.

2.3. D.O.P. (Dilution of Precision): Es la contribución puramente geométrica a la incertidumbre de un posicionamiento. Es un valor adimensional descriptivo de la "solidez" de la figura observable constituida por los satélites.

Su valor ideal es 1, si la geometría empeora, el valor aumenta, llegándose a producir un "outage" o situación en la que, aunque haya sobrados satélites a la vista, deba suspenderse la observación porque el DOP llegue a exceder de un cierto valor preestablecido, como 6, limite habitualmente empleado. El DOP es un factor por el que debe ser multiplicado el error obtenido en las determinaciones

de

distancias

a

los

satélites

para

establecer

el

correspondiente error de posicionamiento.

Los DOPs más utilizados son:

* GDOP: tres coordenadas de posición y estado del reloj. * PDOP: tres coordenadas de posición. * HDOP: dos coordenadas de posición planimétrica. * VDOP: solo la altitud.

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* TDOP: solo estado del reloj.

2.4. MÁSCARAS DE ELEVACIÓN: Es el ángulo de elevación mínimo que tendrán los satélites para que recibamos señal de estos. Este ángulo es configurable y se considera como el mínimo ideal de 15º de elevación, ya que por debajo de este ángulo, la señal recibida de los satélites, está muy influenciada por la refracción atmosférica.

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2.5. ESCALA DE TIEMPO: Para definir el tiempo usado en el sistema GPS se empezará por la definición del Tiempo Universal UT. El UT en el tiempo solar medio referido al meridiano de Greenwich.

El UT0 es el tiempo universal deducido directamente a partir de observaciones estelares y considerando la diferencia entre día universal y sidéreo de 3 minutos 56,555 segundos.

El UT1 es el UT0 corregido de la componente rotacional inducida por el movimiento del polo. El UT2 es el UT1 corregido por variaciones periódicas y estacionales en la velocidad de rotación de la Tierra. Esta escala es equivalente a la Greenwich Mean Time GMT.

El tiempo universal coordinado UTC es un tiempo atómico uniforme, cuya unidad en el segundo atómico. Es básicamente igual al UT2, al que se aproxima muchísimo mediante correcciones llamadas segundos intercalares (leap second) que son sucesivos incrementos de un segundo, motivados por la variación de la velocidad de rotación de la Tierra.

3. HISTORIA: Cuando primer GPS estaba siendo puesta en servicio, el ejército estadounidense estaba preocupado por la posibilidad de que las fuerzas enemigas utilicen las señales GPS disponibles a nivel mundial para guiar sus propios sistemas de armas. Originalmente, el gobierno pensó que la "adquisición aproximada" (/ A C) de la señal sería sólo de alrededor de 100 metros de exactitud, pero con mejores diseños del receptor, la precisión real fue de 20 a 30 metros. A partir de marzo de 1990, para evitar proporcionar tal exactitud inesperada, la C / A de la señal transmitida en la frecuencia L1 (1575.42 MHz),

se degradó deliberadamente mediante la

compensación de su señal de reloj por una cantidad aleatoria, equivalente a alrededor de 100 metros de distancia.

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Esta técnica, conocida como “disponibilidad selectiva” o SA, para abreviar, degrada seriamente la utilidad de la señal de GPS para usuarios no militares. Orientación más precisa posible para los usuarios receptores GPS de frecuencia dual, que también recibieron la frecuencia L2 (1227, 6 MHz), pero la transmisión L2, destinada a uso militar, fue encriptada y sólo estaba disponible para los usuarios autorizados con las claves de cifrado.

Esto presentaba un problema para los usuarios civiles que dependían de radionavegación con sistemas como LORAN, VOR y NDB sistemas que cuestan millones de dólares cada año para mantener. El advenimiento de un sistema de navegación global por satélite (GNSS) podría proporcionar mucho mejor precisión y el rendimiento a una fracción del costo. La precisión inherente a los S / A de la señal era sin embargo demasiado pobres para hacer este realista. El ejército recibió múltiples peticiones de la Administración Federal de Aviación (FAA) , Guardacostas de Estados Unidos (USCG) y el Departamento de Transporte de Estados Unidos (DOT) para establecer S / A a un lado para permitir el uso civil del GNSS, pero se mantuvo firme en su objeción razones de seguridad.

A mediados de 1980, un número de agencias han desarrollado una solución al "problema” de la SA. Dado que la señal SA fue cambiando poco a poco, el efecto de su desplazamiento en el posicionamiento fue relativamente fijo - es decir, si el desplazamiento que compensan era "100 metros hacia el este", sería verdad sobre un área relativamente amplia.

Esto sugirió que la difusión de este desplazamiento a los receptores GPS locales podría eliminar los efectos de la SA, resultando en mediciones más cerca de un rendimiento teórico del GPS, a unos 15 metros. Además, otra fuente importante de errores en un punto de GPS debido a los retrasos de transmisión en la ionosfera, que también podrían ser medidos y corregidos en la emisión. Esto ofreció una mejora de unos 5 metros de exactitud, más que suficiente para la mayoría de las necesidades civiles.

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La Guardia Costera de Estados Unidos fue uno de los defensores más agresivos del sistema DGPS, experimentando con el sistema sobre una base cada vez más amplia a través de la década de 1980 y principios de 1990. Estas señales se transmiten por marinos en frecuencias de onda larga , lo que podría ser recibidos en existentes radioteléfonos y se alimenta a los receptores GPS convenientemente equipadas. Comenzaron el envío de señales DGPS "calidad de producción" de forma limitada en 1996, y rápidamente se expandieron la red para cubrir la mayoría de los puertos de llamada, así como la de Saint Lawrence Seaway en colaboración con la Guardia Costera Canadiense . Los planes se pusieron en marcha para ampliar el sistema a través de los EE.UU, pero esto no sería fácil. La calidad de las correcciones DGPS general cayó con la distancia, y grandes transmisores capaces de cubrir grandes superficies tienden a

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agruparse cerca de las ciudades. Esto significaba que las áreas de menor población, sobre todo en el medio oeste y Alaska, tendrían poca cobertura por GPS terrestre.

A partir de noviembre 2013 sistema DGPS nacional del USCG comprendía 85 sitios de transmisión que proporcionaban la doble cobertura a casi toda la costa de Estados Unidos y por vías navegables interiores, incluyendo Alaska, Hawai y Puerto Rico. Además, el sistema ofrece la cobertura de uno o dos a la mayoría de la parte interior de Estados Unidos. En lugar de ello, las FAA comenzaron a transmitir las señales a través de todo el hemisferio de los satélites de comunicaciones en órbita geoestacionaria. Esto llevó a la Wide Area Augmentation System (WAAS) y sistemas similares, aunque éstos generalmente no son referidos como DGPS, o alternativamente en toda la zona de DGPS. WAAS ofrece una precisión similar a las redes DGPS basados en tierra de la USCG. A mediados de la década de 1990, estaba claro que el sistema de SA ya no era útil en su función pretendida a ser. El DGPS sería ineficaz sobre los EE.UU, precisamente donde se consideró más necesario. Además, la experiencia durante la Guerra del Golfo demostró que el uso generalizado de los receptores civiles por las fuerzas de Estados Unidos significaba que dejar SA encendido se pensaba hacer

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daño a los EE.UU. más que si estuviera apagado. Después de muchos años de presión se dió una orden ejecutiva por el presidente Bill Clinton para conseguir SA apagado permanentemente en 2000. Sin embargo, en este punto el DGPS había evolucionado hasta convertirse en un sistema para proporcionar más precisión que incluso una SA no-señal GPS podría ofrecer individualmente. Hay varias otras fuentes de error que comparten las mismas características que SA en cuanto a que son los mismos en grandes áreas y por cantidades "razonables" de tiempo. Estos incluyen los efectos ionosféricos mencionados anteriormente, así como los errores en los datos de efemérides posición del satélite y la deriva de reloj en los satélites. Dependiendo de la cantidad de datos que se envían en la señal de corrección DGPS, la corrección de estos efectos puede reducir el error de manera significativa, las mejores implementaciones que ofrece una precisión de menos de 10 cm. Además de continuos despliegues de los sistemas patrocinados USCG y la FAA, un número de vendedores han creado servicios DGPS comerciales, la venta de su señal (o receptores para ella) para usuarios que requieren mayor precisión que los 15 metros nominales ofertas GPS. Casi todas las unidades de GPS comerciales, incluso unidades de mano, ahora ofrecen entradas de datos DGPS, y muchos también apoyan WAAS directamente. Hasta cierto punto, una forma de DGPS es ahora una parte natural de la mayoría de las operaciones de GPS. 3.1. DGPS EN TIEMPO REAL: En tiempo real DGPS se produce cuando la estación base calcula y transmite las correcciones para cada satélite a medida que recibe los datos. La corrección es recibida por el receptor móvil a través de una señal de radio si la fuente es con base en tierra o por medio de una señal de satélite si se basa satélite y se aplica a la posición que está calculando. Como resultado, la posición de muestra y se registra en el fichero de datos del receptor móvil GPS es una posición diferencialmente corregida.

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4. GPS DIFERENCIAL O DGPS: El DGPS (Differential GPS), o GPS diferencial, es un sistema que proporciona a los receptores de GPS correcciones de los datos recibidos de los satélites GPS, con el fin de proporcionar una mayor precisión en la posición calculada.

El GPS diferencial es una forma de hacer más preciso al GPS. El DGPS proporciona mediciones precisas hasta un par de metros en aplicaciones móviles, e incluso mejores en sistemas estacionarios. Esto implica el que sea un sistema universal de medición, capaz de posicionar cosas en una escala muy precisa.

El DGPS opera mediante la cancelación de la mayoría de los errores naturales y causados por el hombre, que se infiltran en las mediciones normales con el GPS. Las imprecisiones provienen de diversas fuentes, como los relojes de los satélites, órbitas imperfectas y, especialmente, del viaje de la señal a través de la atmósfera terrestre. Dado que son variables es difícil predecir cuales actúan en cada momento. Lo que se necesita es una forma de corregir los errores reales conforme se producen.

El fundamento radica en el hecho de que los errores producidos por el sistema GPS afectan por igual (o de forma muy similar) a los receptores situados próximos entre sí. Los errores están fuertemente correlacionados en los receptores próximos.

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El concepto ya está funcionando algún tiempo y se ha utilizado ampliamente en la ciencia e industria. Hay una norma internacional para la transmisión y recepción de correcciones, denominada "Protocolo RTCM SC-104".

Un receptor GPS fijo en tierra (referencia) que conoce exactamente su posición basándose en otras técnicas, recibe la posición dada por el sistema GPS, y puede calcular los errores producidos por el sistema GPS, comparándola con la suya, conocida de antemano. Este receptor transmite la corrección de errores a los receptores próximos a él, y así estos pueden, a su vez, corregir también los errores producidos por el sistema dentro del área de cobertura de transmisión de señales del equipo GPS de referencia. En suma, la estructura DGPS quedaría de la siguiente manera: 4.1. ESTACIÓN MONITORIZADA (REFERENCIA): Conoce su posición con una precisión muy alta. Esta estación está compuesta por:  Un receptor GPS.  Un microprocesador, para calcular los errores del sistema GPS y para generar la estructura del mensaje que se envía a los receptores.  Transmisor, para establecer un enlace de datos unidireccional hacia los receptores de los usuarios finales.  Equipo de usuario, compuesto por un receptor DGPS (GPS + receptor del enlace de datos desde la estación monitorizada).

Los errores que se eliminan utilizando el método diferencial son los siguientes: 

Disponibilidad selectiva (SA)



Retardo ionosférico.

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Retardo troposférico.



Error en la posición del satélite (efemérides)

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Errores producidos por problemas en el reloj satélite.

Para que las correcciones DGPS sean válidas, el receptor tiene que estar relativamente cerca de alguna estación DGPS; generalmente, a menos de 1000 km. Las precisiones que manejan los receptores diferenciales son centimétricas, por lo que pueden ser utilizados en ingeniería.

Dentro del método diferencial y atendiendo al tipo de aplicación, tendríamos que hacer una nueva distinción:  Método diferencial con Código (precisiones de 0,3 m. a 5 m.).  Estáticos: entidades puntuales y nodos de entidades lineales y de áreas.  Cinemáticos: levantamientos de entidades lineales y de área sin nodos intencionados, es decir levantados por tiempo de manera automática.  Método diferencial con medidas de fase (precisiones de 5 mm. a 30 mm.).

4.2. CÓMO FUNCIONA EL DGPS: El GPS es "autónomo", esto es, que un solo receptor puede desplazarse a cualquier sitio y realizar mediciones por sí mismo, empleando como referencia los satélites GPS. Mientras que el DGPS implica otro receptor añadido, uno que se desplaza y otro estacionario.

Previamente se han comentado las diversas fuentes de error. A su vez las distancias entre los dos receptores son muy pequeñas comparadas con las distancias a las que se encuentran los satélites, esto quiere decir que recorrerán la atmósfera con retrasos análogos, de forma que una de las estaciones puede dedicarse a medir esos errores y facilitárselo a la otra.

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Se ha de ubicar el receptor de referencia en un punto cuya posición se haya determinado con exactitud, al recibir las señales GPS ataca los cálculos en sentido inverso al de un receptor. Emplea su posición para calcular el tiempo. Y así obtiene el error entre el teórico y el real.

Todos los receptores de referencia han de facilitar esta información de errores a todos los receptores itinerantes de su zona con objeto de que corrijan sus mediciones. El receptor de referencia reconoce todos los satélites visibles y calcula los errores instantáneos.

Luego codifica esta información en un formato estándar y lo transmite a los receptores itinerantes. Algunos trabajos no requieren correcciones en tiempo real, en este caso se conoce como GPS posprocesado.

También existe el DGPS invertido, por ejemplo, en una flota de camiones que informan periódicamente de su posición a una estación base. En lugar de enviar a los camiones las correcciones diferenciales, la corrección se realiza en la estación base. Los camiones sólo conocen su posición de una manera aproximada, pero el controlador sabría la posición exacta, hasta el punto de poder ubicar el camión en el carril de la calle en que se encuentra. 4.3. PROCESAMIENTO DEL MENSAJE: Como post-procesamiento se utiliza el GPS diferencial para obtener posiciones precisas de puntos desconocidos relacionándolos con los puntos conocidos como marcadores de la encuesta .

Los mediciones con GPS se suelen almacenar en la memoria del ordenador en los receptores GPS, y posteriormente se transfieren a un ordenador con el software GPS post-procesamiento. El software calcula las líneas de base de datos utilizando la medición simultánea de dos o más receptores GPS.

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Las líneas de base representan una línea tridimensional trazada entre los dos puntos ocupados por cada par de antenas GPS. Las mediciones de correos procesados permiten un posicionamiento más preciso, porque la mayoría de los errores afectan a cada receptor GPS casi por igual, y por lo tanto se pueden cancelar en los cálculos.

Mediciones GPS diferenciales también se pueden calcular en tiempo real por parte de algunos receptores GPS si reciben una señal de corrección usando un receptor

de

radio

independiente,

por

ejemplo,

en

tiempo

real

Cinemático (RTK) topografía o la navegación . La mejora de posicionamiento GPS no requiere mediciones simultáneas de dos o más receptores, en cualquier caso, pero también se puede hacer mediante el uso especial de un solo dispositivo. En la década de 1990 cuando incluso receptores de mano eran bastante caros, se han desarrollado algunos métodos de cuasi-GPS diferencial, utilizando el receptor mediante giros rápidos de posiciones o bucles de 3-10 puntos de la encuesta .

La Comisión Radio Técnica de Servicios Marítimos (RTCM), una organización científica y educativa sin fines de lucro que sirve a todos los aspectos de las comunicaciones marítimas de radio, navegación por radio, y tecnologías relacionadas, define el protocolo de datos diferencial para retransmitir mensajes de corrección GPS desde una estación base a un campo usuario.

Sus recomendaciones de formato 104 (RTCM SC-104) Comité Especial definen el formato del mensaje de corrección. Cada mensaje de corrección incluye datos acerca de la posición de la estación y de la salud, la salud constelación de satélites, y la corrección a aplicar. El uso de correcciones diferenciales en tiempo real permite la navegación dentro de uno a dos metros de cualquier lugar en función del servicio y el receptor GPS.

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4.3.1. SATÉLITE DE SERVICIOS DIFERENCIALES: Otro método para la obtención de los datos de corrección diferencial en tiempo real en el campo es el uso de satélites geoestacionarios. Este sistema obtiene correcciones de más de una estación de referencia.

Estaciones de referencia recogen los datos del GPS de la estación base y transmiten estos datos en formato RTCM SC-104 a un Centro de Control de Red, que envía la información a un satélite geoestacionario para la verificación. La información verificada se envía al receptor GPS mecha para asegurarse de que obtiene posiciones GPS en tiempo real.

El Wide Area Augmentation System, o WAAS, está siendo desarrollado por la Administración Federal de Aviación (FAA) para proporcionar orientación de precisión a las aeronaves en los aeropuertos y pistas de aterrizaje que actualmente carecen de estas capacidades, utilizando un sistema de satélites y estaciones terrestres que proporcionan correcciones de señales GPS.

Aunque todavía no está aprobado para el uso de la aviación, que está a disposición de los usuarios civiles. WAAS es difusión de los satélites geoestacionarios por lo que la señal es a menudo disponible en las zonas donde otras fuentes DGPS no están disponibles. Dos proveedores comerciales de servicios diferenciales satélite, Thales Encuesta LANDSTAR (antes Racal LandStar) y OmniSTAR Inc., utilizan un centro de control donde se comprueba datos de la estación de referencia, el formato, y subido a un satélite geoestacionario de retransmisión a los suscriptores.

Sistemas de baliza DGPS de radio operan en muchas partes del mundo. Estas estaciones-parte de una gran red que cubre las zonas costeras, ríos navegables, y, más recientemente, se-zonas agrícolas del interior utilizado para la navegación marítima.

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Sin embargo, estas balizas tienen un rango de unos pocos cientos de kilómetros hacia el interior y pueden proporcionar en tiempo real libre de la precisión diferencial en el intervalo de un metro, dependiendo del receptor GPS y la distancia desde la baliza de radio. 4.3.2. REPROCESAMIENTO DATOS EN TIEMPO REAL:

Algunos fabricantes de GPS proporcionan software que pueda corregir los datos del GPS que se recogen en tiempo real. Esto es importante para la integridad de los datos SIG.

Cuando la recolección de datos en tiempo real, la línea de visión de los satélites puede ser bloqueada o un satélite puede ser tan bajo en el horizonte que proporciona sólo una señal débil, lo que provoca picos en los datos. Reprocesamiento de datos en tiempo real elimina estos picos y permite que los datos en tiempo real que se ha utilizado en el campo para fines de navegación o de visión a hacerse más fiable antes de que se añade a un SIG. 4.3.3. CORRECCIÓN POSTPROCESADO:

Corregir diferencialmente los datos GPS por postprocesado utiliza un receptor base GPS que registra las posiciones en un lugar conocido y un receptor GPS que recoge las posiciones en el campo. Los archivos de la base y el móvil se transfieren al software de procesamiento de la oficina, que calcula las posiciones corregida para el archivo del rover. Este archivo corregido resultante puede ser visto en o exportado a un SIG.

Hay muchas estaciones base GPS permanentes que operan actualmente en todo el mundo que proporcionan los datos necesarios para la corrección diferencial GPS. Dependiendo de la tecnología preferida por el dueño de la estación base, estos datos se pueden descargar de Internet o por medio de un sistema de tablón de anuncios (BBS).

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Dado que los datos de la estación base es consistente (es decir, sin huecos debido a errores de trayectoria múltiple) y muy fiables porque las estaciones de base por lo general funcionan las 24 horas, siete días a la semana, es ideal para muchas aplicaciones de SIG y cartografía.

Las fuentes de datos de la estación de base para el otoño postprocesado en fuentes de cuatro categorías-públicos, fuentes comerciales, servicios basados en la Web, y la propiedad de la estación base. Antes de comprar un receptor GPS, lo mejor es identificar la fuente de datos de la estación base.

Agencias de fuentes públicas: Gobiernos de todo el mundo recogen los datos de base. Sin embargo, las leyes en materia de acceso público a los datos gubernamentales varían de país a país, así como entre los organismos gubernamentales en el mismo país. Las agencias que recopilan datos diferenciales tienen preocupaciones legítimas, tales como la responsabilidad legal y recuperación de costos, que afectan a las decisiones relativas a ofrecer esta información al público. Fuentes comerciales: Algunas empresas consultoras y universidades recogen datos de base. En general, estos datos se pueden comprar en dólares por hora o tarifas diarias. La información sobre estos servicios se puede encontrar navegando por la Internet, llamando a los distribuidores de estaciones base locales, o por hablar con un representante de ventas local de GPS. Esto a menudo puede ser la forma más rentable de obtener datos para postproceso. Servicios basados en la Web: Esta es una manera fácil y económica para procesar los datos del GPS. Los datos GPS se someten a un servicio con algunos criterios de procesamiento especificados. Este enfoque es excelente para su uso con grandes equipos de campo o cuando no hay tiempo para entrenar a los usuarios de GPS en las técnicas y los requisitos de procesamiento.

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4.4. APLICACIONES DE DGPS: 4.4.1. SERVICIO DE GUARDACOSTAS: El Servicio de Guardacostas de EE.UU. es el responsable de proporcionar todas las ayudas de navegación. El huracán BOB que azotó la costa este de EE.UU. en 1991 destrozó o desplazó un gran número de boyas. La situación era peligrosa, pues los barcos iban a puerto confiados en unas boyas que ya no existían o estaban cambiadas de sitio.

El Servicio de Guardacostas equipó uno de sus barcos de mantenimiento de boyas con un receptor DGPS y reposicionaron las boyas de nuevo, en tan solo unos días. A lo largo de este año se espera esté implantado el sistema DGPS para toda la costa de EE.UU.

4.4.2. AVIACIÓN: Algunos experimentos realizados por la NASA y por las FAA de EE.UU. contribuyeron al aterrizaje de helicópteros y aviones de pasajeros mediante DGPS como único sistema guía, sin las radiobalizas tradicionales.

En la actualidad los sistemas de aterrizaje con poca visibilidad son tan caros que sólo están disponibles en los mayores aeropuertos. El DGPS

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es tan barato que lo puede instalar cualquier aeropuerto. La mejora de seguridad de vuelo es tremenda. 4.5. POR QUÉ SE NECESITA EL DGPS:

Si el mundo fuera como un laboratorio, el GPS sería mucho más preciso. Dado que el mundo parece una jungla, hay multitud de oportunidades para que resulte perturbado un sistema basado en la radio. A continuación se describen los errores a los que hay que enfrentarse:

4.5.1. ERRORES DE LOS SATÉLITES: Los satélites levan relojes atómicos muy precisos, pero no perfectos. La posición de los satélites en el espacio es también importante, estos se ubican en órbitas altas, por lo que están relativamente libres de los efectos perturbadores de la capa superior de la atmósfera terrestre, pero aún así se desvían ligeramente de las órbitas predichas.

4.5.2. LA ATMÓSFERA: La información se transmite por señales de radio y esto constituye otra fuente de error. La física puede llevarnos a creer que las señales de radio viajan a la velocidad de la luz, que es constante, pero eso sólo es en el vacío. Las ondas de radio disminuyen su velocidad en función del medio en que se propagan. Así pues, conforme una señal GPS pasa a través de las partículas cargadas de la ionosfera y luego a través del vapor de

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agua de la troposfera, se retrasa un poco, lo cual implica un valor erróneo de la distancia del satélite.

4.5.3. ERROR MULTISENDA:

Cuando la señal GPS llega a la Tierra se puede reflejar en obstrucciones locales antes de llegar al receptor. La señal llega la antena por múltiples sendas, primero la antena recibe la señal directa y algo más tarde llegan las desplazadas, produciendo ruido. Un ejemplo es en el caso de la TV cuando se ven imágenes múltiples solapadas. 4.5.4. ERROR DEL RECEPTOR: Los receptores tampoco son perfectos y pueden introducir sus propios errores, que surgen de sus relojes o de ruido interno. 4.5.5. DISPONIBILIDAD SELECTIVA: Mucho peor que las fuentes naturales de error es el que aporta intencionadamente el Departamento de Defensa de EE.UU. Su finalidad es asegurarse de que ninguna fuerza hostil utiliza la posición de GPS contra los EE.UU.

Se introduce ruido en los relojes de los satélites, lo cual reduce su precisión, aunque también pueden dar datos orbitales erróneos. Los

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receptores militares disponen de una llave física que desencripta los errores introducidos para así eliminarlos. De esta forma se pueden llegar a precisiones de 15 m.

El DGPS obtiene mejores precisiones que las conseguidas con las codificadas para usos militares. DGPS también proporciona una forma de verificar la fiabilidad de las mediciones momento a momento. MAGNITUD TÍPICA DE LOS

PRECISIÓN POR

ERRORES (EN M)

SATÉLITE GPS

DGPS

Relojes de satélites

1.5

0

Errores de órbitas

2.5

0

5

0.4

0.5

0.2

Ruido receptor

0

.3

Multisenda

0

.6

Dep. Defensa

30

0

Ionosfera Troposfera

PRECISIÓN DE POSICIÓN

GPS

DGPS

Horizontal

50

1.3

Vertical

78

2

3D

93

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4.6. VARIACIONES: DGPS puede referirse a cualquier tipo de sistema de aumento basado en tierra (GBAS). Hay muchos sistemas operativos en uso en todo el mundo, según la Guardia Costera de Estados Unidos, 47 países operan sistemas similares a los EE.UU. NDGPS (Nationwide Diferencial Sistema de Posicionamiento Global). Una lista se puede encontrar en Base de Datos Mundial DGPS para DXers. 4.6.1. RED DGPS EUROPEA: La red Europea DGPS ha sido desarrollado principalmente por las administraciones marítimas finlandesas y suecas con el fin de mejorar la seguridad en el archipiélago entre los dos países. En el Reino Unido e Irlanda, el sistema fue implementado como una ayuda a la navegación marítima para llenar el vacío dejado por la desaparición del sistema Navigator Decca en 2000. Con una red de 12 emisoras situadas alrededor de la costa y tres puestos de control, que se creó en 1998 por el respectivo general Faro Autoridades

de

los

países

(GLA)

–

Trinity

House cubriendo Inglaterra , Gales y las Islas del Canal , la Junta Faro Norte cubre Escocia y la Isla de Man y los comisarios de la Luz irlandeses , que cubre la totalidad de Irlanda . La transmisión en la banda de 300 kHz, el sistema fue sometido a pruebas y se añadieron dos transmisores adicionales antes de que el sistema fue declarada operativa en 2002.

4.6.2. ESTADOS UNIDOS NDGPS: El Departamento de Transporte de los Estados Unidos , en conjunto con la Administración Federal de Carreteras , la Administración Federal de Ferrocarriles y el Servicio Geodésico Nacional designó al Guardia Costera como la agencia para el mantenimiento de la cadena estadounidense Nationwide DGPS (NDGPS).

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El sistema es una ampliación del anterior Marítima GPS Diferencial (MDGPS), que la Guardia Costera comenzó a finales de 1980 y terminó en marzo de 1999. MDGPS sólo cubrían las aguas costeras, los Grandes Lagos y el río Mississippi vías navegables interiores, mientras NDGPS expande esto incluye la cobertura completa del territorio continental de Estados Unidos. El comando centralizado y la unidad de control es el Centro de Navegación USCG , con sede en Alexandria, Virginia. En este momento hay 85 sitios NDGPS en la cadena estadounidense, administrado por la EE.UU. Departamento de Seguridad Nacional Centro de Navegación.

4.6.3. CANADIENSE DGPS: El sistema Canadiense es similar al sistema de Estados Unidos y es principalmente para uso marítimo que cubre la costa del Atlántico y el Pacífico, así como la de los Grandes Lagos y la vía marítima de San Lorenzo .

4.6.4. AUSTRALIA: Australia corre tres sistemas DGPS: uno es principalmente para la navegación marítima, a transmitir su señal en la banda de onda larga; otra se utiliza para levantamientos topográficos y navegación terrestre, y tiene correcciones transmitidas por la banda de radio comercial de FM. Mientras que el tercero en el aeropuerto de Sydney se encuentra actualmente en fase de pruebas para el aterrizaje de precisión de aeronaves (2011), como una copia de seguridad para el sistema de aterrizaje por instrumentos , al menos hasta el año 2015. Se llama el sistema de aumento basado en tierra . Las correcciones a la posición de la aeronave se transmiten a través de la banda de VHF aviación.

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4.7. MODO DGPS USANDO UN RECEPTOR DE BALIZA: Todos Garmin DGPS apoyo receptores excepto el Geko 101. Todos los receptores actuales de Magallanes apoyan DGPS excepto Companion GPS al igual que todas las unidades actuales Lowrance. Muchos otros modelos y fabricantes apoyan DGPS también. En el funcionamiento de una estación DGPS, a menudo llamado un faro, transmite datos de corrección en tiempo real que es recibida por una caja separada, llamado un receptor de baliza, que envía la información de corrección al receptor GPS. En principio esto es bastante simple. Un receptor GPS calcula que normalmente posición midiendo el tiempo que tarda una señal de un satélite para alcanzar su posición. Al saber que el satélite es, cuánto tiempo se tarda en enviar la señal, y conociendo la velocidad de la señal se puede calcular lo que se llama una serie de pseudo (distancia) con el satélite. Este rango debe ser corregido antes de que se utiliza para calcular la posición final. Correcciones tales como la compensación de los errores ionosféricos debido al hecho de que la ionosfera se ralentiza la velocidad de desplazamiento de la onda de radio es una forma de corrección que puede ser aplicado. Un sitio de transmisión de baliza DGPS ya ha calculado todos los datos de corrección de pseudo rango basado en el hecho de que ya se sabe exactamente dónde está y puede calcular los errores en la posición del satélite computado a partir de su ubicación conocida. Una vez que los datos de corrección de pseudo rango se calcula que se envía al GPS y se utiliza para calcular una solución más precisa. Los datos se envían en cualquiera de 100 baudios o 200 baudios, dependiendo de la estación y esto puede resultar en un retraso típico de 2 a 5 segundos entre el cálculo de la corrección y la aplicación de la corrección. Sin embargo, como la mayoría de los errores se están moviendo lenta este retardo de tiempo no suele ser un problema.

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Cada transmisor baliza es autónoma y calcula sus propias correcciones sobre la base de su recepción de las señales GPS. A continuación, los paquetes de los datos de corrección en grupos de 3 satélites y envía los datos al receptor GPS. Tenga en cuenta que el diseño de un transmisor de DGPS de baliza enviará correcciones para un máximo de 9 satélites y estos son sólo los al menos 7,5 grados por encima del horizonte. La suposición es que el receptor GPS será lo suficientemente cerca para tener el mismo tipo de errores que la estación de baliza vio y que se puede aplicar sin modificaciones a cualquier SV de que comparten una vista de. Esto funciona bien en la práctica ya que la mayoría de las fuentes de error sería común entre los dos lugares. Sitios Beacon tienen cierta capacidad para mejorar la integridad del sistema y, sin embargo no existe una norma que se define en cuanto a exactamente lo que pueden identificar. Se pueden identificar fácilmente un satélite, donde las correcciones requeridas exceden un valor prescrito y no deben utilizarse. Parece que Garmin favorecerá satélites corregidos diferencialmente cuando al menos cuatro existen para la exclusión de los satélites regulares. Mientras que la principal fuente de correcciones DGPS se realiza a través de transmisores de baliza que operan en la banda de 300KHz esta no es la única fuente de datos de corrección. Es posible obtener datos de cualquier fuente que se puede recibir en su ubicación. Algunas fuentes incluyen radio FM utilizando la capacidad subportadora de estos transmisores, internet, e incluso satélites. En todos los casos un receptor de costumbre (o software) se utiliza para montar los datos en una forma que sea aceptable para el receptor GPS, que por norma es RTCM-104. Los datos se ajustan a esta norma se envía a continuación a través del puerto de serie al receptor GPS en un cable. Incluso los datos WAAS / EGNOS podrían dar masajes y se entregan a través de técnicas de DGPS estándar. Uno de tales sistemas es SISNeT que suministra correcciones a través del internet.

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4.7.1. RECEPTORES DGPS:

Receptores DGPS de baliza capaces de recibir la señal de corrección; se pueden obtener de Garmin, desde StarLink, o de Lawrence. Probablemente hay otros también. 4.7.2. CABLE PARA DGPS: La mayoría de la gente fabricar un cable personalizado para trabajar con el receptor de baliza. Aquí está un diagrama para una versión bastante complicado, pero puede que no necesite una configuración que es este complicado dependiendo de qué más se le puede hacer.

Para las conexiones DGPS simples que usted puede simplemente conectar una señal de salida del receptor de baliza junto con su tierra a los terminales de entrada de datos del GPS. Si tiene que ser capaz de controlar el receptor de baliza desde el receptor GPS, entonces también tendrá que enviar la salida para el receptor GPS para el receptor de baliza. Un cable de interfaz de ordenador estándar generalmente se puede utilizar para esta conexión.

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Si también necesita hablar con un PC al mismo tiempo las cosas se ponen un poco más complicado. Para hablar con un PC en el modo NMEA puede simplemente enviar la salida de los GPS para ambas unidades. Conectar la señal de salida a la entrada en el equipo y la entrada en el receptor de baliza. Hay poder suficiente en la señal del Garmin para conducir ambas unidades y hasta un tercer punto. Nota: Si el receptor de baliza no necesita recibir comandos desde el GPS, entonces no hay razón para enviar la señal de ambos lugares, pero todavía se necesita el cable de tierra. Por último, si el GPS tiene que hablar con el PC en el modo de Garmin o de otro modo propietario y también al receptor de baliza se necesita un interruptor para permitir que el receptor de baliza para transmitir señales de diferencia o la PC para interactuar con el GPS. Usted no será capaz de hacer las dos cosas al mismo tiempo. Esto no debería presentar ningún problema real ya que el modo propietario bidireccional se utiliza para cargar y descargar waypoints, rutas y datos de la pista que no necesita el receptor de baliza que esté operativo.

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5. CONCLUSIONES:

 Para alcanzar niveles de precisión del orden de uno a 10 metros, la corrección diferencial es esencial. Los tres métodos principales utilizados en la actualidad para garantizar la exactitud de los datos son de corrección diferencial en tiempo real, el reprocesamiento de datos en tiempo real y postproceso.

 Cada método alcanzará niveles similares de precisión, por lo que la decisión con respecto a qué técnica es adecuada dependerá de factores tales como las especificaciones del proyecto, el uso final de los datos y las fuentes disponibles para la corrección diferencial.

6. RECOMENDACIONES:

 Un sistema DGPS es algo dependiente de lo cerca que está, pero puede alcanzar de 1 a 5 metros precisión global, mientras que un sistema WAAS puede lograr una precisión de menos de 3 metros si se encuentra en el área donde la ionosfera datos de corrección está disponible.

 Un LAAS es aún más preciso y puede conseguir una precisión en el barrio de 1,5 metros. Estos todavía no son tan precisos como los receptores encuesta grado que reciben frecuencias dobles, tienen una estación de referencia DGPS situado muy cerca del sitio de la encuesta, y el uso de técnicas de procesamiento de correos para reducir aún más los errores.

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7. BIBLIOGRAFÍA: PÁGINAS WEB:

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INFORME GPS DIFERENCIAL.pdf

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