Introducción al GPS

Introducción al GPS

• El sistema GPS está compuesto por 24 satélites, más satélites de reserva.
• Los satélites están en 6 órbitas casi circulares.
• La distancia desde el centro de la Tierra a los satélites es de aproximadamente 20.000 km.

Funcionamiento Simplificado

• El GPS recibe efemérides satelitales.
• Crea una esfera cuyo centro es la posición del receptor.
• El radio de la esfera es la distancia entre el satélite y el receptor.

Soluciones Posibles (1 satélite)

• Con un solo satélite, las posibles ubicaciones del receptor quedan en una esfera.

Soluciones Posibles (2 satélites)

• Dos satélites permiten determinar el receptor en una línea donde las esferas se intersecan.

Necesidad de un Cuarto Satélite

• Con 3 satélites sólo se dispone de un área donde se encuentra el receptor.

• Con 4 satélites se obtiene una única posición exacta.

• Desincronización de 1 milisegundo de relojes satelitales provocan errores de posicionamiento en tierra de hasta 300 km.

• Los satélites usan relojes atómicos para obtener mayor precisión.

• Los receptores GPS de mano utilizan relojes de cuarzo.

Ejemplo 2D de Recepción

• Se muestra que retrasos en la sincronización de los relojes afectan las mediciones y producen errores de posicionamiento.

Resumen

• Se necesita recibir al menos 4 satélites para la medición.
• La visibilidad de los satélites puede verse afectada por el horizonte, por ejemplo, desfiladeros o bosques.

Método Diferencial

• Para mejorar la precisión, se utilizan receptores en diferentes puntos geográficos con una precisión previamente establecida.
• Luego, se comparan las señales medidas para corregir los errores.

Precisiones Obtenidas

• La precisión depende del tiempo de recepción y la distancia a los satélites.
• Para largas distancias las mediciones tienen una precisión de 5 metros.
• Las mediciones para distancias cortas se obtienen con sub-métrica, métrica y centimétrica.

Métodos Diferenciales en Tiempo Real

• Se pueden utilizar dos receptores para cálculos en tiempo real.
• Se puede utilizar un receptor de referencia.
• Se pueden utilizar las redes de antenas colectivas.

Antenas Colectivas

• Existen antenas privadas que transmiten datos GPS (RTCM 104).
• Algunos satélites transmiten datos a los receptores vía radio, por ej, RDS, RNE, Radio Cataluña, Sistema Omnistar y Sistema Wass.
• Para post-procesamiento se pueden utilizar datos de Internet.

Sistemas Postproceso

• Se utilizan 2 receptores para recoger y analizar los datos.
• Estos procesos facilitan la corrección de datos.
• Estos datos pueden ser descargados de internet.

Errores de los Sistemas GPS

• Las efemérides de los satélites (órbitas y posición) presentan un margen de error.
• Los relojes en los satélites tienen errores.
• Hay errores en los receptores.
• Errores causados por la ionósfera y la tropósfera.
• El efecto multisenda.
• Disponibilidad Selectiva (SA).

Resumen de los Errores

• Hay que usar modelos de la tropósfera e ionósfera para minimizar errores.
• Un problema importante es la distancia entre el satélite y el receptor.
• Los receptores de doble frecuencia corrigen los datos obtenidos por el efecto multisenda y mejoran su precisión.
• El efecto es más notorio en las mediciones nocturnas.

Dilución de la Precisión

• La precisión de la posición se ve afectada por la geometría de los satélites que se usan.

Valoración de Errores

• Se muestra una tabla de errores en función del tipo del GPS (normal y diferencial).

Valoración de Precisiones

• Se muestran las precisiones típicas de las mediciones (horizontal, vertical y en 3D) de manera estándar y usando la corrección diferencial.

Ventajas e Inconvenientes

• El GPS es productivo y preciso.
• Es útil en zonas de matorral.
• Tiene inconvenientes en zonas con mucho arbolado.
• Es útil en zonas con malas condiciones climatológicas.

Futuro de los Sistemas de Navegación por Satélite

• El Sistema Glonass y el Sistema Galileo son nuevos sistemas de navegación por satélite en desarrollo.
• Estos nuevos sistemas son cruciales para la navegación aérea.

Tipos de GPS

• Existen distintos tipos de GPS para usos particulares.

GPS de Excursionismo

• Precisión de 5 a 10 m.

• Se puede usar para corrección diferencial en tiempo real.

• Con un solo receptor (monofrecuencia).

• La precisión es entre 300 y 600 euros.

GPS GIS

• Se usan Trimble, Magellan, Topcon y Leica.
• Preciso en tiempo real.
• Se recibe datos de varios puntos con mediciones métricas o submétricas con alta precisión.
• El precio es superior al rango de los sistemas GPS para excursionismo.

GPS Profesionales

• Utilizan receptores Trimble, Leica, o Topcon.
• Utilizan mediciones de doble frecuencia (bifrecuencia).
• Precisión centimétrica.
• Precio >27000 euros.

Conceptos Cartográficos: El Geoide de la Tierra

• Se describe el geoide como una superficie teórica que describe la figura de la Tierra.
• Se explica la diferencia entre elipsoide y geoide.

Concepto de Datum

• Explica la definición de datum y su relación con la superficie terrestre

Problema de las Proyecciones

• Se explica la necesidad de proyectar la superficie terrestre para generar mapas.

Proyección UTM

• La proyección UTM permite proyectar datos terrestres bidimensionales.
• El método utiliza husos de coordenadas para mejorar su exactitud.

Husos de la UTM

• El sistema de coordenadas UTM se divide en husos.

Deformaciones de la Proyección UTM

• Se muestran las distorsiones de la proyección de mapas de áreas en la proyección UTM.

Husos en el Estado Español

• Se muestran los diferentes husos en el mapa de España para el sistema de coordenadas UTM.

Diferentes Tipos de Alturas

• Se explica las diferentes formas de describir alturas en la Tierra.

Este cuestionario explora los fundamentos del sistema GPS, incluyendo la estructura de satélites, su funcionamiento y la necesidad de múltiples satélites para un posicionamiento preciso. A través de preguntas, profundizaremos en cómo el GPS determina la ubicación y los efectos de la desincronización en los relojes de los satélites.