Introdución al Posicionamiento con GPS Sistema de Posicionamiento Global

1. Introdución al Posicionamiento con GPSSistema de Posicionamiento Global Vista general

2. Vista General • De dónde son los GPS • Como trabajan los GPS • Estado de los GPS Antes de los GPS teníamos...

3. LORAN (Triangulación) - Posición fija contínua. - Precisión de 300 metros - Cobertura limitada - Lat/Long TRÁNSITO (Efecto Doppler) - Fijación de 16 días o menor - Precisión Sub-métrica casi en 3 días - Covertura mundial - Lat/Long/Altitud Antes de los GPS teníamos... Ahora

4. GPS - Posición fija contínua - Cobertura mundial - Lat/Long/Altitud - Precición de centímetros en segundos …Ahora LORAN (Triangulación) - Posición fija contínua. - Precisión de 300 metros - Cobertura limitada - Lat/Long TRÁNSITO (Efecto Doppler) - Fijación de 16 días o menor - Precisión Sub-métrica casi en 3 días - Covertura mundial - Lat/Long/Altitud Qué es un GPS?

5. Qué es un GPS? • Es un sistemamuypreciso • Desarrollado y mantenidopor el US Department of Defense • Basado en un sistema de Satélites • Vendido al Congreso de US como una idea paradesarrollardiversasaplicaciones inclusive de uso civil • La señal de los GPS esgratuita • Ilimitadonúmero de usuarios Porqué utilizamos satélites para hacer mapas.

6. Porqué utilizamos satélites para hacer mapas. No es necesario tener línea vista entre los objetos El sistema de GPS está basado en satélites

7. El sistema de GPS está basado en satélites Usa un sistema de trilateracióndesde los satélites • 25 satélites - Capacidadinicial de operación • Los satélitestienen una órbitamuyalta 20,000 Km (12,600 millas) • Sóloesposible con la tecnología de hoydía • Computadoras y relojes Como es tan exacto el sistema?

8. Como es tan exacto el sistema? • Depende de algunas variables • El tiempo tomado en cada medida • Alineación del receptor • Posición relativa de los satélites • Puede ser más de 100 m sin corrección diferencial. GPS • Sub-métrico a 5 metros con corrección diferencial. GPS • Precisión sub-centímetro desde productos topográficos (survey) • El gobierno de US puede degradar la precisión del sistema. 5 pasos de un GPS

9. 3 4 4 SVs para resolver por X,Y,Z,t Usa mensajes desde los sátelites para su localización. 2 Distancia desde los satélites (SV) usando la velocidad de la luz. 5 Correcciones por la Troposfera y la Ionosfera 1 Sistema de trilateración 5 pasos de un GPS Trilateración desde los Satélites

10. 1 Trilateración desde los Satélites • Midiendo la distancia desde varios satélites usted puede calcular su posición. Trilateración

11. 17,460 Km Trilateración Una medidamuestra la posiciónrelativaquetendría un observador en una esfera. Estaes una posición relativa en la esfera Trilateración

12. Trilateración La segunda medición intercepta las dos esferas y muestra un área común. La intercepción de las dos esferas se da en un círculo Trilateración

13. Trilateración La tercera medida intercepta dos puntos del círculo formado por las dos esferas anteriores Trilateración

14. Trilateración La cuarta medición determina cual de los dos puntos seleccionado en el círculo interior es el válido. Trilateración

15. Trilateración En la práctica 3 mediciones son suficientes, sin embargo • Usted puede descartar un punto, sin embargo, puede cometer errores importantes. • Posicionar el punto fuera del espacio. • O moverse a muy alta velocidad • Por eso es necesaria la cuarta medición para cancelar los errores de reloj.

16. 2 Posición de los Satélites Medida de la distanciadesde los satélites. La posiciónespormedio de la medida del viaje de una señal de radio.

17. Mediciones a la velocidad de la luz Midiendo cuanto tarda la señal en ser recibida por el GPS usted puede: • Muiltiplique el tiempo por 300,000 Km/sec • Tiempo (seg) x 300,000 = Km • Si usted tiene un buen reloj en el recibidor, usted necesita conocer todas las posiciones exactas por medio de la señal enviada por los satélites.

18. Medición de tiempos diferentes entre partes iguales de código Desde el satélite Desde el recibidor en tierra How Do We Know When the Signal Left the Satellite? One of the Clever Ideas of GPS: • Usa el mismocódigopara el receptor y el satélite • Se sincroniza los satélites y los receptoresparapodergenerar en mismocódigo al mismotiempo • Cuandoobserva los códigosenviadosdesde el satélite, verificahacecuantotiempo Then we look at the incoming code from the satellite and see how long ago our receiver generated the same code

19. Porqué un Código? Code lets you jump in anywhere • Code lets many satélitesoperan en una mismafrecuencia • Code gives us a way to increase signal-to-noise ratio

20. 3 Precisión de los relojes Necesario para la medición del tiempo de viaje Making sure both receiver and satellite are synchronized • Whole system depends on very accurate clocks • Cada satélite tiene un reloj atómico • Presición muy cara • Ground receivers just need consistent clocks • El secreto está en el satélite extra ya que mide y ajusta los relojes de receptores.

21. 4 seg's 6 seg's La idea de situación Precisión de relojes En 2 dimensiones por motivo del dibujo

22. 4 seg's 6 seg's 8 seg's Adicionando una tercerMedición Precición de relojes Tresmediciones son insuficientespara una medicióncorrectameasurement would go through our position if correct En 2 dimensiones

23. 7 seg error de tiempo 5 seg error de tiempo Mala posición porque el reloj esta fuera de posición por un segundo Con relojes rápidos En 2 dimensiones

24. Tercera Medición Relojes rápidos Won’t go through the other two En 2 dimensiones

25. Se necesitan 4 Satélitesparatener una posición en 3D If we are looking at the previous slides in 3d then we need • 4 satélites para posiciones en 3d (X, Y, Z, tiempo) • 3 satélites para posiciones en 2d (X, Y, tiempo) - el usuario puede introducir el valor Z • Problem - if user enters poor Z, then X and Y will incorrect! • Solution - work only in 3D!

26. 4 Knowing Where the Satellites Are After all, they're 20,000 km up • Órbita Alta • Órbita muy estable • No atmospheric drag • Survivability • Cobertura en toda la Tierra • Monitoreado por el US Defense Department • DOD transmite la corrección desde un satélite • Correcion transmitida desde los satelites para • Mensajes de estados

27. Space Segment Current ephemeris is transmitted to users • Monitor stations • Diego Garcia • Ascension Island • Kwajalein • Hawaii GPS Control Colorado Springs Knowing Where the Satellites Are - Efemérides

28. Ionosfera Troposfera 5 Correcciones Atmosféricas Correcciones Aplicadas estimadas • The signals are delayed by the ionosphere and troposphere • Receiver makes estimated corrections for these delays

29. 3 4 4 SVs para resolver para X,Y,Z,t Uso de mensajes desde los satélites para la localización 2 Distancia desde los satélites (SV) usando la velocidad de la luz 5 Corrección por la Troposfera y la Ionosfera 1 Basado en Trilateración GPS en 5 Pasos

30. Estado de los GPS • En desarrollo desde 1973 • Primer satélite lanzado en 1978 • Todos los satéllites GPS construidos y probados • La siguiente generación de (Block II R) están en construcción • Administrados por el US Department of Defense

31. Descripción de la Segmentación del Espacio • 25 satélites • 6 planos con 55° de rotación • Cada plano son 4 o 5 satélites • Órbita Muy Alta • 20,000 km • 1 revolución en aproximadamente 12 horas • Para accuracy • Survivability • Covertura Copiado desde ‘GPS Navstar User’s Overview’ preparado por GPS Joint Program Office, 1984

32. SV number *10 14 13 16 19 17 18 20 21 PRN 12 14 2 16 19 17 18 20 21 Launch date m-d-yr 09-08-84 02-14-89 06-10-89 08-18-89 10-21-89 12-11-89 01-24-90 03-25-90 08-02-90 SV number 15 23 24 25 28 26 27 32 29 PRN 15 23 24 25 28 26 27 1 29 Launch date m-d-yr 10-01-90 11-26-90 07-04-91 02-23-92 04-10-92 07-07-92 09-09-92 11-22-92 12-18-92 SV number 22 31 37 39 35 34 36 PRN 22 31 07 09 05 04 06 Launch date m-d-yr 02-03-93 03-30-93 05-13-93 06-26-93 08-30-93 10-26-93 03-10-94 Satélites Disponibles (Sept. 1995) *Bloque I

33. Preguntas ?