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 sistema muy preciso • Desarrollado y mantenido por el US Department of Defense • Basado en un sistema de Satélites • Vendido al Congreso de US como una idea para desarrollar diversas aplicaciones inclusive de uso civil • La señal de los GPS es gratuita • Ilimitado número 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 trilateración desde los satélites • 25 satélites - Capacidad inicial de operación • Los satélites tienen una órbita muy alta 20,000 Km (12,600 millas) • Sólo es posible con la tecnología de hoy día • Computadoras y relojes Como es tan exacto el sistema?

8. Como es tan exacto el sistema? • Depende de algunas variables • El tiempotomado en cadamedida • Alineación del receptor • Posiciónrelativa de los satélites • Puedesermás de 100 m sin correccióndiferencial. GPS • Sub-métrico a 5 metros con correccióndiferencial. GPS • Precisión sub-centímetrodesdeproductostopográficos (survey) • El gobierno de US puededegradar 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 medida muestra la posición relativa que tendría un observador en una esfera. Esta es 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 distancia desde los satélites. La posición es por medio 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 ¿Cómo podemos saber cuándo la señal esta fuera del rango del satélite? Una de las ideas inteligentes elGPS: • Usa el mismocódigopara el recividor y el satélite • Se sincroniza los satélites y los recividoresparapodergenerar en mismocódigo al mismotiempo • A continuación, nos fijamos en el código de entrada desde el satélite y ver cuánto tiempo hace que nuestro receptor genera el mismo código

19. Porqué un Código? Un Código le permite operar en cualquier lugar • El Código permite a muchos satélitesoperaren unamismafrecuencia • Código nos da una manera de aumentar la relación de ruido de una señal

20. 3 Precisión de los relojes Esnecesariopara la medición del tiempo de viaje de la señal. • Asegurarse de que tanto el receptor y el satélite están sincronizados • Todo el sistema depende de relojes muy precisos • Cadasatélitetiene un relojatómico • Presiciónmuycaraperonecesaria • Receptores en tierra tienen relojes consistentes y precisos. • El secretoestá en el satélite extra yaquemide 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 tercer Medición Precición de relojes La tercera mediciónpasaría por nuestra posición si es correcta 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 No pasará por los otros dos dando un error En 2 dimensiones

25. Se necesitan 4 Satélites para tener una posición en 3D Si buscamos en las diapositivas anteriores en 3dEntonces tenemos que: 4 satélitesparaposiciones en 3d (X, Y, Z, tiempo) • 3 satélitesparaposiciones en 2d (X, Y, tiempo) - el usuariopuedeintroducir el valor Z • Problema - si el usuario tiene una posición no precisa Z, entonces X e Y será incorrecto!Solución - sólo trabajar en 3D!

26. 4 Saber dónde están los satélites Después de todo, son hasta 20.000 kilómetros ÓrbitaAlta • Órbitamuyestable • No arrastre atmosférico • Supervivencia de los equipos • Coberturaen toda la Tierra • Monitoreadopor el US Defense Department • DOD transmite la correccióndesde un satélite • Correcióntransmitidadesde los satélitesparamensajesde estado

27. Segmentoespacial • Estaciones de Monitoreo • Diego Garcia • Ascension Island • Kwajalein • Hawaii GPS Control Colorado Springs Saber dónde están los satélites - Efemérides Efemérides actuales se transmite a los usuarios

28. Ionosfera Troposfera 5 Correcciones Atmosféricas CorreccionesAplicadasestimadas • Las señales se retrasan por la ionosfera y la troposferaEl receptor hace correcciones estimadas para estos retrasos

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 • Cadaplano son 4 o 5 satélites • ÓrbitaMuy Alta • 20,000 km • 1 revolución en aproximadamente 12 horas • Para precisión • Survivability • Cobertura 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 ?