Introduccion GPS

Transcripción

Introduccion GPS

Introducción al Sistema
GPS
Fecha del Congreso
1
11
LAS 2 APLICACIONES + OPUESTAS
Navegación
Def “Llegar a un destino por la ruta más apropiada”
Determinando posiciones globales rápidamente
Geodesia Espacial
Def. “Determinar la forma y dimensiones de la Tierra y
sus variaciones en el tiempo”
Determinando posiciones con la máxima precisión.
precisión
Diferencias
Ambas determinan posiciones.
Navegación -> Tiempo Real
Geodesia Espacial -> Máxima Precisión
MUCHOS + APLICACIONES
Fecha del Congreso
2
22
Eventos históricos en Navegación
1100 a.c.
200 a.c.
100
1492
1569
Navegación con estrellas
Determina el radio Terrestre
Mapa de navegación
Velocidad y distancia
Mapa del Mundo para marinos
con “ángulos verdaderos”
1642-1727 Newton
Ley de gravitación universal
1731
Hudley
Sextante = Latitud
1761
Harrison
Cronómetro = Longitud
1928
Reloj de cuarzo
1930
Aparece la radionavegación
1936
RADAR altimétrico (USA, Alemania)
1948
Primer reloj atómico
1953
Primer vuelo INS (B-29 4080km)
1957
Sputnik I
empieza la era espacial
Fecha del Congreso
Fenicios
Eratóstenes
Ptolomeo
Colón
Mercator
3
33
Técnicas de navegación
AUTÓNOMA
Astronavegación
Navegación
Inercial
Sistemas de radar
de a bordo
otros
Fecha del Congreso
NO AUTÓNOMA
SISTEMAS EN TIERRA
Balizas (VOR, NDB)
Transponders (DME)
Sistemas Hiperbólicos
(OMEGA,LORAN)
Combinados (TACAN+VOR+DME)
Radares
Aproximaciones (ILS,MLS)
Marcas ópticas
SISTEMAS ESPACIALES
Doppler (TRANSIT, TSIKADA, DORIS)
Distancias (GPS, GLONASS,Galileo)
Mixtos de varias técnicas (EGNOS,
WAAS, MT-SAT)
4
44
Eventos históricos en Geodesia Espacial
Observación a Estrellas
Geodesia Astronómica
Observación a Globos
Enlace Córcega- Europa
Observación a Satélites
4-10-1957 Sputnik I
Observación Doppler
TRANSIT, TSIKADA, DORIS
Observación Láser
SLR, LLR
Observación VLBI
Radiotelescopios
Observación fase, tiempo
GPS, GLONASS, GALILEO
Fecha del Congreso
5
55
Breve reseña histórica GPS
1972: Primeros estudios
Posicionamiento militar preciso 3D
Satélites no vulnerables a interferencias
Receptores de bajo coste para los usuarios
Satélites con mayor ‘vida útil’
Correcciones ionosféricas suficientes para poder dar una precisión
en coordenadas de 2 metros
1973: Desarrollo desde programas separados
1978: Primer lanzamiento de SVs de desarrollo : Bloque I, febrero
1989: Lanzamiento satélites operacionales.
1993: Se declara la Capacidad Operativa Inicial (IOC)
1995: Se declara la Capacidad Operativa Total (FOC)
Fecha del Congreso
6
66
Desarrollado como un sistema de uso dual:
Uso militar para EEUU y aliados.
Uso civil para todo el mundo (limitado).
Base Legal que apoya estas dos usos.
Marzo 1996, “Presidential Decision Directive” que se
encuentra en la “U.S. Public Law” de Diciembre de 1997.
Dicienbre 1994, “U.S. Space-Based Positioning,
Navigation and Timing (PMT) Policy” http://pnt.gov
Fecha del Congreso
7
77
SEGMENTOS DEL SISTEMA GPS
SEGMENTO ESPACIAL
SEGMENTO USUARIO
Fecha del Congreso
SEGMENTO DE CONTROL
8
88
SEGMENTO DE CONTROL
Segmento de Control NAVSTAR.
Efemérides Transmitidas.
Segmentos de Control Independientes
Efemérides Precisas.
Fecha del Congreso
9
99
SEGMENTO DE CONTROL NAVSTAR
Tiene como misión el seguimiento continuo de todos
los satélites de la constelación NAVSTAR con los
siguientes objetivos:
Determinar:
los parámetros orbitales de la órbita de cada satélite.
determinar el estado de sus osciladores.
Hallados los parámetros anteriores, emitirlos a los satélites para que
éstos puedan transmitirlos a los usuarios.
Hay tres tipos de instalaciones; Estación Maestra de
Control (MCS), Estaciones Monitoras (MS) y Antenas
Terrestres
Fecha del Congreso
10 1010
PUNTOS DE CONTROL (12)
1ª Fase: 5 distribuidas en longitud por la superficie terrestre.
(Colorado Springs, Hawaii, Kwajalein, Diego García, e Isla Ascensión)
2ª Fase: Cabo cañaveral (Florida) fue incluida
3ª Fase: 6 estaciones del NIMA incluidas. (Septiembre 2005)
(Quito, Washington, Buenos Aires, Hermitage, Bahrain, Salisbury)
Washington
Hermitage
MCS Colorado Springs
Cabo Cañaveral
Hawaii
Bahrain
Kwajalein
Ascension
Ouito
Diego Garcia
Buenos Aires
Fecha del Congreso
Smithfield
11 1111
ESTACIONES MAESTRA DE CONTROL
La Estación Maestra de Control (MCS), localizada en la
Base Aérea de Falcon en Colorado, mantiene las
operaciones permanentemente.
La MCS es responsable de todos los aspectos de control de
la constelación, entre los que incluye:
* Monitorización y control de todos los satélites.
* Mantenimiento y solución de problemas en los satélites.
* Monitorización y control del cumplimiento del estándar de
posicionamiento GPS.
* Actualización de los mensajes de navegación necesarios para
mantener los requisitos de precisión en el servicio estándar de
posicionamiento.
Fecha del Congreso
12 1212
ESTACIONES MONITORAS
Las Estaciones Monitoras reciben las señales transmitidas
por los satélites visibles y obtienen información necesaria
para calcular con gran precisión las órbitas de los satélites,
utilizan receptores de dos frecuencias con relojes de cesio.
Una vez enviados estos datos a la Estación Maestra, ésta
calcula las efemérides de los satélites con un error menor de
1 m en sentido radial, 7 m en el de la trayectoria y 3
m en la perpendicular a la misma.
Todo ello es incluido en el mensaje de navegación.
Además toman datos metereológicos, para calcular el
retardo troposférico.
Existen 12 estaciones monitoras, una en cada punto de
control.
Fecha del Congreso
13 1313
ANTENAS TERRESTRES
Son instalaciones que funciona bajo control remoto
de la MCS.
Su función es proporcionar la parte terrestre del
interfaz de comunicaciones entre el segmento
espacial y el segmento de control, y así conectar la
MCS para que mande y controle los satélites.
Son 4 :(Kwajalein, Diego García, Isla Ascensión,
Cabo Cañaveral)
Transmiten sobre banda S a 1.783,74 MHz.
Cabo Cañaveral se añadió posteriormente.
Fecha del Congreso
14 1414
RESUMEN DEL ESTADO ACTUAL
Nombre de la Estación
Colorado Spring
Ascensión (Atlántico Sur)
Hawaii (Pacífico oriental)
Kwajalein (Pacífico Occidental)
Diego García (Índico)
Cabo Cañaveral
6Estaciones NIMA
Fecha del Congreso
Est. Monitora
Est. Maestra Antena Terrestre
SI
SI
NO
SI
NO
SI
SI
NO
NO
SI
NO
SI
SI
NO
SI
I
SI
I
NO
I
SI
I
SI
I
NO
I
NO
15 1515
CÁLCULO DE EFEMERIDES
A partir de la observación de los satélites por las
Estaciones Monitoras,de donde se conocen con gran
exactitud las coordenadas en el Sistema de Referencia,
actualmente WGS84 (G 873).
La Estación Maestra recoge continuamente estas
observaciones, y produce una estimación del estado de
los satélites (estado de los relojes y parámetros de las
efemérides).
Las predicciones se realizan con los Filtros Kalman.
Los Filtros Kalman que son una sofisticada herramienta
estadística de estimación, residen en una computadora
Mainframe en la Schreiver Air Force Base (AFB),
Colorado.
Fecha del Congreso
16 1616
MEJORAS DEL SEGMENTO DE CONTROL
Inclusión de 5 nuevas Estaciones Monitoras del National Imagery and
Mapping Agency (NIMA).
(Alaska ,Tahití, Sudafrica, Nueva Zelanda, Corea)
Actualizar MCS.
Crear una MCS alternativa.
Fecha del Congreso
17 1717
EFEMÉRIDES PRECISAS
La precisión de las efemérides transmitidas por el
mensaje de navegación es limitada. Para mediciones de
alta precisión es posible usar efemérides precisas
calculadas a partir de los registros de estaciones
permanentes GPS.
Fecha del Congreso
18 1818
Una de las fuentes de error más importantes es la poca
precisión de las efemérides transmitidas por el mensaje
de navegación del satélite.
Existen organismos que con su propia red de estaciones
de control en Tierra, calcula sus propias efemérides,
con precisión de algún metro.
Podremos llegar a precisiones subcentimétricas en
posición horizontal, y del orden del centímetro en
posición vertical.
Conocidas con gran precisión las posiciones de una
serie de puntos en Tierra, se obtienen las posiciones de
los satélites observando sus señales.
Fecha del Congreso
19 1919
Tabla que muestra el error introducido en el cálculo de
la baselinea por la inexactitud en el conocimiento de la
órbita.
Error Orbital
Longitud de Baselinea
2.5m
2.5m
2.5m
2.5m
0.5m
0.5m
0.5m
0.5m
1Km
10 Km
100Km
1000Km
1Km
10 Km
100Km
1000Km
Fecha del Congreso
Error en la Baselinea
en ppm
0.1ppm
0.1ppm
0.1ppm
0.1ppm
0.002ppm
0.002ppm
0.002ppm
0.002ppm
Error en la Baselinea
en mm
-mm
1mm
10mm
100mm
-mm
-mm
-mm
0.5mm
20 2020
DETERMINACIÓN DE ORBITAS GPS POR EL IGS
7 centros de análisis pertenecientes al International GPS
Service for Geodinamics (IGS) determinan las órbitas
independientemente usando los datos de las estaciones
IGS repartidas por todo el mundo. Cada uno de ellos
calcula con un Software distinto.
Ejemplo, El CODE (Europeo) calcula con Bernese.
Las órbitas calculadas son combinadas para una
solución de orbitas final del IGS.
Permiten llegar a precisiones subcentimétricas en
posición horizontal, y del orden del centímetro en
posición vertical.
Fecha del Congreso
21 2121
CENTROS DE ANÁLISIS DEL IGS
Center for Orbit Determination in Europe(CODE), Suiza
Natural Resources Canada(EMR), Canada
European Space Agency(ESA), Alemania
Geoforschungs Zentrum Institute(GFZ), Alemania
Jet Propulsion Laboratory(JPL), USA
National Geodetic Survey(NGS), USA
Scripps Institution of Oceanography(SIO), USA
Fecha del Congreso
22 2222
ESTACIONES DEL IGS
Participan 379
estaciones en Junio
2006 en todo el mundo.
Actualmente existen
cinco estaciones del IGS
en España
Villafranca (ESA/ESOC)
L,Ebre (ICC)
Yebes (IGN)
Maspalomas(ESA/ESOC)
San Fernando (ROA)
Fecha del Congreso
23 2323
ÓRBITAS DISPONIBLES ACTUALMENTE
TIPOS DE ÓRBITAS
Orbitas emitidas
Órbitas predichas por el CODE
Órbitas rápidas por el CODE
Órbitas ultrarápidas del IGS
Órbitas rápidas por el IGS
Órbitas finales por el IGS
CALIDAD (M)
3m
0.20m
0.10m
0.15m
0.10m
0.05m
RETRASO EN
DISPONIBILIDAD
Tiempo Real
Tiempo Real
Después de 16 horas
Después de 3 horas
Después de 24 horas
Después de 11 dias
DISPONIBLE EN
Mensaje de navegación
CODE a través de FTP
CODE a través de FTP
Centros de Datos del IGS
Las efemérides se recogen en archivos en formato SP3, que es el formato
estandarizado internacionalmente de intercambio de datos orbitales GPS.
En estos ficheros se especifica cada 15 minutos la posición de cada
satélite respecto a un Sistema de Referencia Terrestre.
Fecha del Congreso
24 2424
OTROS CENTROS DE DETERMINACIÓN DE ÓRBITAS
Existen otros centros que realizan
independientemente del IGS, él
cálculo de órbitas.
Uno de ellos, es el Geographical
Survey Institute (GSI) de Japón, que a
partir de cuatro estaciones realiza un
cálculo orbital.
El Instituto Geográfico Nacional, con
la Red de Estaciones de Referencia
GPS (ERGPS), espera realizar cálculos
orbitales en un futuro próximo a través
del Software Bernese.
Fecha del Congreso
25 2525
EL SEGMENTO ESPACIAL
Constelación NAVSTAR
Otras Sistemas de Posicionamiento por Satélite
La Señal GPS
Fecha del Congreso
26 2626
CONSTELACIÓN NAVSTAR
SV: CARACTERÍSTICAS
BLOQUES: BLOQUE I, BLOQUES IIA, IIR, IIF, BLOQUE III
PUESTA EN ÓRBITA: COHETES ATLAS F Y DELTA 2
RELOJES U OSCILADORES: CUARZO, RUBIDIO, CESIO,
MÁSER DE HIDRÓGENO
Fecha del Congreso
27 2727
SATÉLITES
Energía
Paneles solares para toma de energía y
recarga de baterías, que permiten autonomía.
Comunicación:
Antenas emisoras en banda L para emisión a
receptores GPS.
Antena de recepción-emisión en banda S,
para comunicación con centro de control.
Control de movimiento:
Volantes de Inercia en 3 ejes.
Reflector láser para seguimiento (SLR).
Identificación de cada satélite:
PRN (Ruido Pseudo-aleatorio), característica
del código de transmisión en bits
Número orbital y número NAVSTAR (SVN)
Fecha del Congreso
28 2828
BLOQUE I
NAVSTAR GPS/Satélites Bloque 1
CAPACIDAD NOMINAL
Tipos de servicios
Navegación
1572.42 MHz y 1227.6 MHz (L-Band)
de servicios
2227.5 MHz (S-Band)
ESPECIFICACIONES DE TRANSPORTE
Empresa constructora
Rockwell International
Plataform a
Masa de lanzamiento
759 kg (1673 lbm)
Vida útil
5 años
ESTRUCTURA
Dim ensiones (H x W x L)
Construccion
Paneles hexagonales de aluminio
SISTEMA DE ENERGIA
Potencia Nom inal
0.410 kw
Paneles solares
2 paneles de sicilio
Baterias
3 - 15 celdas Ah NiCd
SISTEMA DE CONTROL DE POSICION
Estabilización
SATÉLITES 1 AL 11: PIONEROS, ESPERIENCIA PARA EL RESTO DE LOS
BLOQUES, ACTUALMENTE NINGUNO EN FUNCIONAMIENTO
Fecha del Congreso
29 2929
BLOQUE II
NAVSTAR GPS/Satélites Bloque II
CAPACIDAD NOMINAL
Tipos de servicios
Navegación
1572.42 MHz y 1227.6 MHz (L-Band)
Frecuencias
2227.5 MHz (S-Band)
Plataforma
Masa de lanzamiento
1600 kg (3660 lbm)
Vida útil
7,5 años
ESTRUCTURA
Dimensiones (H x W x L)
Construccion
SISTEMA DE ENERGIA
Potencia Nominal
0.710 kw
Paneles solares
Baterias
3 - 35 celdas Ah NiCd
Estabilización
Estabilizado en 3 ejes
SATÉLITES 13 AL 21: PRIMEROS TOTALMENTE OPERACIONALES, CAPACIDAD DE
14 DIAS DE OPERACIÓN SIN CONTACTO CON EL SEGMENTA DE CONTROL
Fecha del Congreso
30 3030
BLOQUE IIA
NAVSTAR GPS/Satélites Bloque IIA
CAPACIDAD NOMINAL
Tipos de servicios
Navegación
1572.42 MHz y 1227.6 MHz (L-Band)
Frecuencias
2227.5 MHz (S-Band)
Plataforma
Masa de lanzamiento
1816 kg (4002 lbm)
Vida útil
7,5 años
ESTRUCTURA
Dimensiones (H x W x L)
Construccion
SISTEMA DE ENERGIA
Potencia Nominal
0.710 kw
Paneles solares
Baterias
3 – 35 celdas Ah NiCd
Estabilización
SATÉLITES 22 AL 40: SEGUNDOS TOTALMENTE OPERACIONALES, CAPACIDAD DE
180 DIAS DE OPERACIÓN SIN CONTACTO CON EL SEGMENTA DE CONTROL
Fecha del Congreso
31 3131
BLOQUE IIR
NAVSTAR GPS/Satélites Bloque IIR
CAPACIDAD NOMINAL
Tipos de servicios
Navegación
1572.42 MHz y 1227.6 MHz (L-Band)
Frecuencias
2227.5 MHz (S-Band)
Lockheed Martin
Plataforma
Based on AS-4000
Masa de lanzamiento
2032 kg (4478 lbm)
Vida útil
10 años
ESTRUCTURA
Dimensiones (H x W x L) 152 x 193 x 191 cm
Construccion
SISTEMA DE ENERGIA
Potencia Nominal
1.136 kw
Paneles solares
2 paneles usando celdas de silicio
Baterias
2 - NiH2
Estabilización
SATÉLITES 41 AL 62: SON .LOS ACTUALMENTE EMPLEADOS, CAPACIDAD DE
MÁS DE 180 DIAS DE OPERACIÓN SIN CONTACTO CON EL SEGMENTA DE CONTROL
NUEVE CÓDIGO L2C (Septiembre 2005) BLOQUE IIR-M (2013 todos tendrán L2C)
Fecha del Congreso
32 3232
BLOQUE IIF
NAVSTAR GPS/Satélites Bloque IIF
CAPACIDAD NOMINAL
Tipos de servicios
Navegación
1572.42 MHz y 1227.6 MHz (L-Band)
Frecuencias
2227.5 MHz (S-Band)
Boeing
Plataforma
Masa de lanzamiento
Vida útil
15 años
ESTRUCTURA
Dimensiones (H x W x L) 244 x 197 x 197 cm
Construccion
SISTEMA DE ENERGIA
Potencia Nominal
2.440 kw
Paneles solares
Baterias
Estabilización
LA CUARTA GENERCIÓN, SE PREVEE LA CONSTRUCCIÓN DE 12 SATÉLITES
EL PRIMERO DE ELLOS SERÁ LANZADO EL 2007
Fecha del Congreso
33 3333
BLOQUE III
• PRIMER SATÉLITE 2011
• TODA LA CONSTELACIÓN 2030
•MEJOR CAPACIDAD ANTIINTERFERENCIA
PARA LAS PORTADORAS L1 Y L2
•DOS NUEVAS PORTADORAS PARA USO
CIVIL
•POSIBLEMENTE OSCILADORES DE MÁSER
DE HIDRÓGENO
Fecha del Congreso
34 3434
CURRENT BLOCK II/IIA/IIR/IIR-M SATELLITES
=========================================
LAUNCH
ORDER
PRN SVN
LAUNCH
FREQ
DATE
STD+
US SPACE
PLANE+ COMMAND **
-----------------------------------------------------------------
LAUNCH
ORDER
PRN SVN
LAUNCH
FREQ
DATE
STD+
US SPACE
PLANE+ COMMAND **
-----------------------------------------------------------------
*II-1
14
14 FEB 1989
19802
IIA-22
05 35
30 AUG 1993
Rb
B4
22779
*II-2
13
10 JUN 1989
20061
IIA-23
04 34
26 OCT 1993
Rb
D4
22877
*II-3
16
18 AUG 1989
20185
IIA-24
06 36
10 MAR 1994
Rb
C1
23027
*II-4
19
21 OCT 1989
20302
IIA-25
03 33
28 MAR 1996
Cs
C2
23833
*II-5
17
11 DEC 1989
20361
IIA-26
10 40
16 JUL 1996
Cs
E3
23953
*II-6
18
24 JAN 1990
20452
IIA-27
30 30
12 SEP 1996
Rb
B2
24320
*II-7
20
26 MAR 1990
20533
IIA-28
08 38
06 NOV 1997
Cs
A3
25030
*II-8
21
02 AUG 1990
20724
***IIR-1
42
20830
IIR-2
13 43
23 JUL 1997
Rb
F3
20959
IIR-3
11 46
07 OCT 1999
II-9
15
*IIA-10
15
01 OCT 1990
23
26 NOV 1990
Cs
D5
17 JAN 1997
Rb
D2
24876
25933
IIA-11
24
24
04 JUL 1991
Cs
D6
21552
IIR-4
20 51
11 MAY 2000
Rb
E1
26360
IIA-12
25
25
23 FEB 1992
Rb
A2
21890
IIR-5
28 44
16 JUL 2000
Rb
B3
26407
28
10 APR 1992
21930
IIR-6
10 NOV 2000
Rb
F1
26605
*IIA-13
14 41
IIA-14
26
26
07 JUL 1992
Rb
F2
22014
IIR-7
18 54
30 JAN 2001
Rb
E4
26690
IIA-15
27
27
09 SEP 1992
Cs
A4
22108
IIR-8
16 56
29 JAN 2003
Rb
B1
27663
IIA-16
01
32
22 NOV 1992
Cs
F6
22231
IIR-9
21 45
31 MAR 2003
Rb
D3
27704
*IIA-17
29
Rb
F5
29
18 DEC 1992
22275
IIR-10
22 47
21 DEC 2003
Rb
E2
28129
*IIA-18
22
03 FEB 1993
22446
IIR-11
19 59
20 MAR 2004
Rb
C3
28190
*IIA-19
31
30 MAR 1993
22581
IIR-12
23 60
23 JUN 2004
Rb
F4
28361
IIA-20
07 37
13 MAY 1993
Rb
C5
22657
IIR-13
02 61
06 NOV 2004
Rb
D1
28474
IIA-21
09 39
26 JUN 1993
Rb
A1
22700
IIR-M1
17 53
26 SEP 2005
Rb
C4
28874
* Satellite is no longer in service.
** US SPACE COMMAND, previously known as the NORAD object numbe
also referred to as the NASA Catalog number. Assigned at
successful launch.
*** Unsuccessful launch.
Fecha del Congreso
35 3535
Estado a Mayo 2006
16 II/IIA satélites operacionales.
12 IIR satélites operacionales.
1er IIR-M lanzado 25 Septiembre 2005
Declarado utilizable 16 Diciembre 2005
2º y 3er IIR-M se lanzarán el 14/09/2006 y 14/12/2006
respectivamente.
Fecha del Congreso
36 3636
PUESTA EN ÓRBITA
• Cohetes Atlas F y MLV Delta 2
• Fases:
- Primera y segunda etapa sitúan la
tercera con satélite en “órbita de
aparcamiento” con apogeo y perigeo
a 870 y 180 km respectivamente.
- La tercera etapa se sitúa en “órbita
de transferencia” a 20180 km, pero
con fuerte excentricidad.
- Desamblaje de la tercera etapa y el
cohete de inserción lleva al satélite a
órbita casi definitiva
- Los cohetes de maniobra
retocan hasta órbita definitiva.
Fecha del Congreso
37 3737
CONSTELACIÓN
Fecha del Congreso
6 órbitas casi circulares a 20180 km
de altitud, nombradas A, B, C, D,
E, F., con 55º de inclinación.
4 satélites por órbita, 24 en total.
Periodo de 12 horas de tiempo
sidéreo.
La configuración se repite 4
minutos antes cada día solar.
Existen satélites desactivados y
disponibles como reserva “spares”
38 3838
RELOJES U OSCILADORES
Tipo de reloj
Oscilador de Cristal de
Cuarzo
Rubidio
Cesio
Maser de Hidrógeno
Frecuencia de oscilación
(GHz)
0.05
Estabilidad por día (∆f/f)
10 -9
Tiempo para perder un
segundo
30 años
6834682613
9192631770
1420405751
10 -12
10 -13
10 -15
30000 años
300000 años
30000000 años
• Es la fuente de la frecuencia.
• Por bloques:
•Bloque I, algunos tenían osciladores de cuarzo.
•Bloque II, osciladores de Cs
•Bloque IIA, osciladores de Cs y Rb
•Bloque IIR, osciladores de Rb
•Bloque III, posiblemente osciladores de máser de H.
Fecha del Congreso
39 3939
SEGMENTO DE USUARIO
CONSTITUCIÓN :
Cualquier receptor o grupo de receptores GPS en tierra,
mar, en el aire o en el espacio.
Software o aplicación de explotación de datos GPS
recogidos por el receptor.
APLICACIONES:
Navegación en general: terrestre, aérea, marina
Levantamientos geodésicos, topográficos y cartográficos
Geodinámica y geofísica
Detección remota: Troposfera-Ionosfera
Transporte de tiempo y frecuencia
etc
Fecha del Congreso
40 4040
RECEPTORES GPS
Desde el tamaño de una calculadora
hasta un las dimensiones de un
armario rack
Antena, pantalla, teclado, puertos,
PC?, teléfono?, tarjetas OEM
De 300 EUROS a varios MILES
según capacidades, precisión,
interfaces, etc
Fecha del Congreso
41 4141
RECEPTORES GPS
ELEMENTOS IMPRESCINDIBLES:
ANTENA
SECCIÓN DE RADIOFRECUENCIA
MICROPROCESADOR+FIRMWARE
OSCILADOR
FUENTE DE ALIMENTACIÓN
+
INTERFAZ DE USUARIO
MEMORIA
DISPOSITIVO DE PUESTA EN ESTACIÓN
PUERTOS
OTROS ELEMENTOS
DISPOSITIVO DE RETRANSMISIÓN
CONEXIÓN FRECUENCIA EXTERNA
SALIDA TIEMPOS 1PPS
Fecha del Congreso
Alimentación
ELEMENTOS ACCESORIOS
Radiofrecuencia
Microprocesador
Oscilador
42 4242
ANTENAS GPS
OBJETIVO: Verdadero ‘sensor’. Convertir la radiación
electromagnética procedente de los satélites en señal
eléctrica y viceversa. Receptoras y emisoras (sat)
CONSIDERACIONES:
PREAMPLIFICADOR: Elemento amplificador de la señal
recogida por la antena para evitar pérdidas por
resistividad de cables.
Activas: Alimentación CC 5-15 v
TIPOS DE ANTENAS:
Monopolar o dipolar
Quadrifilar Helix
Cónico espiral Helix
Microstrip, sobre elementos cerámicos.
Miniaturización
Fácil construcción- bajo coste
Choke Ring
Fecha del Congreso
43 4343
ANTENAS GPS
PROBLEMAS:
Interferencias RF
Multipath o Multitrayectoria
Planos de Tierra
Choke Ring
Señal directa
Señal reflejada
Fecha del Congreso
44 4444
ANTENAS GPS
PROBLEMAS:
Centros de fase
No coincidencia de los centros mecánicos de las
antenas con sus centros de fase.
Variación de los centros de fase con la altura de los
satélites
Orientación de las antenas
Fecha del Congreso
45 4545
•
CONDICIONANTES EN ANTENAS GPS
Debe ser onmidireccional y preampliación. La señal preamplificada
debe ser conducida por un cable blindado y de longitud limitada (10 –
30 cm.). Si se supera la distancia ha de intercalarse otro amplificador.
Diseñadas para L1 ó L1 y L2 como portadoras.
El tipo más frecuente es el denominado microstrip.
Su diseño debe conseguir una variación mínima del centro de fase
(variable con la elevación del satélite y las frecuencias
El centro eléctrico debe ser muy próximo al centro físico (mecánico).
Especialmente importante en la aplicación del método cinemático o
dinámico (navegación).
Calibración por una orientación y diferentes alturas de satélite en
trabajos geodésicos o geodinámicos, tablas de excentricidad y
variación del centro de fase (PCV- Phase Center Variation). Orientación
común en trabajos geodésicos.
Plano de tierra y/o chock-rings para evitar multitrayectoria.
Fecha del Congreso
46 4646
SECCIÓN RF
Comúnmente conocida con el nombre de ‘canales’
Objetivo: Recoger la señal eléctrica de los satélites que llega desde
la antena y seguirla en todo momento sin interrupciones por uno o
varios canales
Tipos:
Multicanal: Seguimiento continuo en tantos canales como satélites.
Recogen los datos en todo momento
Tiempo Compartido: Sigue los satélites secuencialmente, manteniendo
en cada satélite el seguimiento entre 0.5 y 2.0 seg.; 20 seg en blanco.
Multiplexado: Secuencial. Un solo canal mantiene seguimiento en cada
satélite durante 1/200 seg. Recoge datos en todo momento
Fecha del Congreso
47 4747
MICROPROCESADOR
Controla la operación del receptor, incluyendo:
Adquisición de la señal
El procesamiento de la señal
Decodificación del mensaje de navegación
Funciones adicionales:
Cálculos de posiciones absolutas
Velocidades, rumbos, distancias
Conversiones de datums o sistemas de referencia
Fecha del Congreso
48 4848
OSCILADOR Y FUENTE DE ALIMENTACIÓN
Oscilador: Encargado de generar la frecuencia patrón para el
control del reloj y réplica de códigos y longitudes de onda GPS
Típico de cuarzo 10-9
Frecuencia externa (Cs, Rb, H-Máser) < 10-9
Fuente de alimentación: elemento encargado de aportar la energía
eléctrica para las demás etapas del receptor
Batería recargable o directamente a la red eléctrica
Fecha del Congreso
49 4949
RECEPTORES GPS Elementos Accesorios
INTERFAZ DE USUARIO
Encargado de garantizar la comunicación entre receptor y usuario o viceversa.
Generalmente constituidos por un teclado y una pantalla que permiten:
Comprobar el aparato en el momento de su arranque:
comprobación interna, autocalibrado
Satélites localizados, en seguimiento por canales, acimutes,
elevaciones.
Tiempo GPS, semana GPS, día de año (DOY).
Intensidad de la señal recibida (SNR).
Condiciones de salud en los satélites: fallos en el mensaje,
portadoras, modulación.
Número de registros almacenados de cada satélite por el receptor
(épocas).
Pequeños cálculos con los satélites y el almanaque.
Bondad de la geometría.
Fecha del Congreso
50 5050
Gestor de archivos almacenados.
Gestión de sesiones o misiones de trabajo.
Información y conmutación de las fuentes de
alimentación.
Puertos de comunicaciones y transmisión de datos.
Configuración.
Información del software interno (firmware).
Posición actual (navegación, sólo código con
pseudodistancias).
Dirección y velocidad.
Progreso de la observación.
Opción de la observación elegida: estática, dinámica,
número mínimo de satélites, altura de máscara, intervalo de
registro, parámetros...
–Nombre, número sesión, estación, archivo.
Fecha del Congreso
51 5151
MEMORIA
Dispositivo para almacenamiento de
Los parámetros de configuración y trabajo del receptor.
Almanaques, sesiones de observación, misiones
Los archivos de datos registrados para su posterior
procesamiento: tiempo, diferencias de fase y
pseudodistancias
Externa (tarjetas, cintas) o interna (estado sólido)
Memoria diferida: ordenadores, dataloggers
Capacidad: Datos de 6 satélites tomados cada 1 segundo
representan 1,5 Mb/h
DISPOSITIVO DE TRANSMISIÓN
Se encarga de transmitir en ‘tiempo real’ los datos
registrados por el receptor
Ordenador, enlace de radio, radio-módem, línea telefónica
dedicada
RTK, DGPS
Fecha del Congreso
52 5252
DISPOSITIVO DE PUESTA EN ESTACIÓN
Basada de estacionamiento sobre pilar
Trípode + plataforma nivelante + plomada óptica
Jalón o poste nivelado
Incorporado al vehículo, aeronave o navío
Sostenido a mano
Fecha del Congreso
53 5353
Comunicaciones
Puertos Físicos
Elección de
Estación
Permanente
GNSS
Receptor GNSS
Puerto LAN (RJ45)
Estación de Referenvia de funcionamiento continuo
Puertos serie (RS232)
Doble Frecuencia (GPS)
Puerto Bluetooth
L2C (GPS)
Puerto USB
L5 (GPS)
Seguridad
Recuperacion L1/L2
Puertos Ethernet para FTP HTTP HTTPS
Glonass (L1/L2)
Autentificación
Galileo
De flujo de datos
SBAS
De Servidor FTP
Canales
FTP Push
Intervalo mínimo
Nº de IPs
Corrección Multipath
Sostware de Control
Reducción Interferencias
Gestión por HTTP HTTPS sin detener
grabación
Programar sesiones
Filtrado de Ips
Oscilador Externo 5´ó 10MHz
Temperatura Funcionamiento
Imperrmeabilidad (IP67)
Memoria
Capacidad Memoria Interna
Memoria Interna cíclica
Descarga memoria cíclica sin perder toma de datos
Memoria Externa
Fecha del Congreso
Alimentación
Alimentación Primaria
Voltaje
Conector
Salidas
NTRIP servidor y Cliente
Tipos
Tipos por puertos
Cables de alimentación y comunicación
Proteccion Sobretensión
Alimentacion secundaria
Reinicio autómatico por apagón
Alimentación autoconmutable
54 5454
OTROS SISTEMAS DE POSICIONAMIENTO POR SATÉLITE
GLONASS
GPS+GLONASS
GALILEO
Fecha del Congreso
55 5555
GLONASS
Global Orbiting Navigation Satellite System
Administrado por las Fuerzas Espaciales Rusas.
24 satélites en 3 órbitas de 64.8º de inclinación a
19100 km de altitud con osciladores de Cs, y vida útil
de 3 años.
Sistema de Tiempo GLONASS, llamado
GLONASST.
Precisión de navegación la mitad que GPS (aprox.)
Mejor precisión en Rusia con sistemas diferenciales.
Transmite dos tipos de señales.
SP señal de navegación de precisión estándar.(uso
civil).
Utiliza el Acceso de Frecuencia de División Múltiple
L1=1602MHz + n*0.5625MHz
donde “n” es entero y distinto para cada satélite
HP señal de navegación de alta precisión.(uso militar).
Fecha del Congreso
56 5656
GPS + GLONASS
Sistemas diferentes con posibilidad de uso combinado.
Problemas
1º : Diferente Sistema de Tiempo. Tiempo GPS y GLONASST.
Solución, ambos mensajes de navegación contienen diferencia
con TUC
2º : Diferente Sistema de Referencia: WGS84 y PZ-90
Solución, pasando todos los satélites a WGS84. Conociendo
posiciones de varios satélites GLONASS en ambos sistemas se
halla la transformación por mínimos cuadrados.La posición de
satélites GLONASS en WGS84, se calcula por estaciones de
seguimiento por todo el mundo, por técnicas láser, radar y
ópticas.
Fecha del Congreso
57 5757
GPS + GLONASS
Ventajas (sobre todo mayor número de satélites, hasta 48).
Zonas de poca visibilidad tienen más probabilidad de captar
satélites.
Tiempo de inicio es menor.
Mayor integridad o confianza en los datos calculadas, para un
mismo tiempo de observación.
Conseguía mitigar el efecto de la disponibilidad selectiva.
Fecha del Congreso
58 5858
GALILEO (GNSS)
Desarrollado por la Unión Europea, y fundamentalmente por la
Agencia Espacial Europea (ESA)
Sistema civil independiente, pero con intención de ser
complementario e interoperable con GPS y GLONASS
Cobertura Mundial
Nivel de prestaciones equivalentes al GPS Bloque IIF
Constelación EGNOS con 21 satélites MEO (no geoestacionarios)
y 3 satélites GEO (geoestacionarios)
Previsto operativo en el año 2008
Fecha del Congreso
59 5959
GIOVE A (Primer Satelite Galileo MEO)
Galileo In Orbit
Validation Element
Lanzado 28/12/2005
por nave Soyuz-Fregat
desde Baikonur.
12/01/2006 emitió
primeras señales
Proximamente
lanzamiento de
GIOVE B
Fecha del Congreso
60 6060
GALILEO (GNSS)
Fecha del Congreso
61 6161
COMPARACIÓN DE GPS BLOQUE IIF Y GALILEO
Numero Satélites
Despliegue
Coste del Satélite
Coste de lanzamiento
Vida Útil
Masa del Satélite
1998
1999
GPS II F
Galileo
33
12 años
19-26 Meuros
54 Meuros / sat
15 años
2102 kg
21/36 MEO + 3/9 GEO
24 meses
8.6 Meuros
9.3 Meuros / sat
15 años
433 kg
2000 2001 2001 2002 2003 2004 2005 2006
DEF
SUSTITUCIÓN POR
SATÉLITES BLOQUE II R
DESARROLLO
2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
DESPLIEGUE
SUSTITUCIÓN POR SATÉLITES BLOQUE II F
OPERACIÓN
GALILEO
OPERACIÓN
GPS II F
Fecha del Congreso
62 6262
Sistemas de Aumentación (SBAS)
EGNOS / WASS / MSAS
EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service):
sistema de carácter regional (Europa) que tiene por objeto
complementar y mejorar el servicio proporcionado por los sistemas
GPS.
OACI aprobó un nuevo concepto denominado CNS/ATM
(Comunicaciones, Navegación, Vigilancia / Gestión del Tránsito
Aéreo), cuyo objetivo era mejorar los sistemas actuales. La base
tecnológica es la utilización de un Sistema Global de Navegación
por Satélite (GNSS).
Fecha del Congreso
63 6363
Desarrollado en paralelo con otros dos sistemas regionales similares:
- WAAS (Wide Area Augmentation System) de Estados Unidos
- MSAS (MTSAT Satellite Based Augmentation System) de Japón
Los tres sistemas con
compatibles e interoperables.
prestaciones
similares
y
totalmente
Mediante su uso conjunto y con futuras extensiones, se espera poder
llegar a proporcionar un servicio uniforme de navegación con cobertura
mundial.
Fecha del Congreso
64 6464
"sistemas de aumentación de cobertura amplia en los cuales el usuario
recibe la información de aumentación a través de un transmisor
embarcado en un satélite geoestacionario“ (OACI).
Fecha del Congreso
65 6565
Segmento espacial
Satélites geoestacionarios:
- Inmarsat III Atlantic Ocean Region-East (AOR-E)
- Inmarsat III F5, junto con el nuevo satélite de
telecomunicaciones de la ESA Artemis.
Fecha del Congreso
66 6666
Funcionamiento del sistema
(Mº Fomento)
Fecha del Congreso
67 6767
Servicios:
• Telemetría / GEO Ranging (R-GEO): Transmisión de señales
GPS desde tres satélites geoestacionarios (INMARSAT III AOR-E,
INMARSAT III IOR y el ARTEMIS): aumento del nº de satélites,
disponibilidad,
continuidad
y
precisión.
• Integridad / GNSS Integrity Channel (GIC): Distribución de
información de integridad: aviación civil (no precisión).
• Precisión / Wide Area Differential (WAD): Distribución de
correcciones diferenciales.
Fecha del Congreso
68 6868

Introduccion GPS

Transcripción

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