Fundamentos de la navegación asistida por satélites

1. Fundamentos de la navegación asistida por satélites

2. ¿GPS? • ¡Cuidado con el nombre! • GNSS Global NavigationSatelliteSystem • NAVSTAR GPS NavigationSignal Time and Ranging Global PositioningSystem

3. Antecedentes • Desarrollado por la Fuerza aérea de Estados Unidos • El proyecto tiene su edad: nace en 1963 bajo el nombre «Proyecto 621B» • Evoluciona en el proyecto «Timation» Proyecto 621B ¡10.000 millones de dólares! NAVSTAR Timation

4. ¿Para qué y cómo? • Para servir como referencia espacial y temporal para fuerzas militares de los Estados Unidos • Para dar cobertura en toda la superficie del planeta las 24 horas del día, todos los días del año, asegurando la visibilidad a al menos cuatro satélites • El proyecto incluía 24 satélites, siendo lanzado el primero de ellos en 1978 • Dado el éxito que tuvo el sistema durante la Guerra del Golfo, se aceleró su desarrollo

5. Servicios • Determinación de la posición tridimensional; • Determinación tridimensional de la velocidad; • Determinación de la hora exacta con un error de un microsegundo. • Cobertura global las 24 horas del día. • Alta fiabilidad. • Gran precisión en todo tipo de condiciones atmosféricas. • Versátil y válido para todo tipo de usuarios

6. Características • En teoría se podría conocer la situación con un error de 3 cm; • En la práctica se consigue una precisión con un error de 3 a 5 metros; • Se crean dos tipos de servicio: • SPS (Standard Positioning Service) : parausuariosciviles • PPS (Precise Positioning Service) : con fines militares • SPS introdujo un error intencionado para conseguir menor precisión que PPS (Disponibilidad Selectiva).

7. Organización del sistema • Los satélites se sitúan en 6 órbitas circulares con 4 satélites en cada órbita separados por 90º. • Cada órbita está a una altitud de 20.169 km sobre la Tierra con una inclinación de 55º respecto del ecuador. • Se asegura una cobertura global ininterrumpida que permite la visibilidad de un mínimo de 4 satélites • La energía eléctrica se obtiene de paneles solares que proporcionan 600 W. • Cada satélite lleva relojes atómicos de cesio y rubidio. • El reloj de cesio es más estable para periodos cortos de tiempo, • El de rubidio es mas estable para periodos largos. • Como se precisan grandes estabilidades en ambos términos cada satélite lleva 2 relojes de cesio y 2 de rubidio funcionando a una frecuencia de 10.23 MHz. • La sincronización de los relojes y de las frecuencias del sistema GPS se realizan desde el Segmento de Control del sistema. • Este segmento se refiere a los aparatos receptores sobre la Tierra. El equipo de usuario es un dispositivo pasivo cuya misión es obtener la señal de los satélites, demodularla y extraer la información de efemérides de los satélites, de correcciones y cálculos para presentar la información al usuario final; • El sistema GPS permite que la localización de cada usuario la conozca solamente el interesado debido a que no se emite ningún tipo de señal, con lo que la privacidad del servicio se garantiza.

8. SistemaGLONASS • A principios de los años 70 del siglo pasado, como respuesta al desarrollo del sistema GPS (NAVSTAR), el antiguo Ministerio de Defensa Soviético desarrolló el Sistema Global de Navegación por Satélite (GLObalNAvigationSatelliteSystem, GLONASS) • En el año 1993, oficialmente el gobierno ruso colocó el programa GLONASS en manos de las fuerzas espaciales y militares rusas (RSF), su mantenimiento, puesta en órbita y certificación a los usuarios • Este organismo opera en colaboración con el CSIC (CoordinationScientificInformation Center), el cual publica la información sobre GLONASS

9. Sistema GLONASS: Sector Control • El Sector de Control está formado por un Sistema Central de Control (SCC) en la región de Moscú (Golitsyno-2) y una red de estaciones de seguimiento y control (CommandTracking Stations, CTS), emplazadas por toda la superficie rusa. • Las estaciones de control (CTSs) realizan el seguimiento de los satélites y almacenan los datos de distancias y telemetría a partir de las señales de los satélites. • La información obtenida en las CTS es procesada en el Sistema Central de Control para determinar los estados de las órbitas y relojes de los satélites, y para actualizar el mensaje de navegación de cada satélite.

10. Sistema GLONASS: Sector Espacial • El sector espacial está formado por la constelación de satélites, la cual se compone de 24 satélites en tres planos orbitales. • Los planos son de 64,8° respecto del ecuador. • Los Satélites GLONASS se encuentran a una distancia aproximada de 19.100 Km y se sitúan en órbitas casi circulares con semi-eje mayor de aproximadamente 25.510 Km, siendo el periodo orbital de 11 horas y 15 minutos.

11. Otras constelaciones de satélites de navegación • China está implementando su sistema COMPASS, actualmente sólo disponible para China en su versión Beidou-1 • La Unión Europea se encuentra desarrollando el sistema Galileo. Se espera que entre en funcionamiento en 2014

12. Órbitas de las distintas constelaciones de satélites de posicionamiento global y comparación con órbitas de otros satélites 40 NOAA G N SS GLONASS 30 GPS COMPASS GALILEO 20 Satélites geoestacionarios 10 Km x 1000 30 40 10 20 El diámetro de La Tierra no está a escala

13. Conexión a dos sistemas En los smartphones de los llamados High End, es posible encontrar tecnología que permite la conexión tanto a NAVSTAR como a Glonass simultáneamente Actualmente varios modelos de gama alta tienen esta característica. En la imagen, se aprecia la conexión a los dos sistemas en un dispositivo Android (app GPS Esentials)

14. Funcionamiento: la trilateración 45 31 Talca Tepillé 40 Piduquén

15. Funcionamiento: la trilateración esférica ¡Aquí estoy! En teoría, si usamos al propio mundo como una cuarta esfera, debería bastarnos con tres satélites para obtener un «fix», pero necesitamos cuatro…

16. Funcionamiento: ¿y por qué cuatro? • Porque la clave del funcionamiento del sistema son los relojes Relojes atómicos. ultraprecisos (y muy caros) dvxt Un reloj de cuarzo corriente, barato

17. El problema de las mediciones Con tres mediciones siempre habrá un punto de intersección coherente (aquella que intersecta el planeta) para las tres esferas, sin importar los retardos de la señal En teoría, en una situación ideal, una esfera formada con una cuarta medición, debería intersectar precisamente en la intersección coherente de las otras tres Pero eso no pasa debido a interferencias y rebotes indeseados de la señal: retardos Esta cuarta esfera formada por la medición a un cuarto satélite, permite identificar y cuantificar este retardo, el que se usa para compensar los tiempos de llegada de la señal al receptor

18. Funcionamiento de los relojes • Los relojes a bordo de los satélites son extremadamente precisos y caros • En teoría, deberíamos tener un reloj igual de preciso en los receptores: inviable • El satélite emite un pseudocódigo que señala la hora de su reloj • El receptor emite el mismo pseudocódigo a «su hora» • El receptor compara las horas de los pseudocódigos coincidentes, y si son distintas, entonces éste sincroniza su reloj de cuarzo con el del satélite, y vuelta a empezar • Distancia… la posición del satélite debe ser conocida para poder medir con precisión su distancia: almanaque

19. El posicionamiento diferencial

20. El receptor Tan importante como conocer los conceptos en los que se basa la navegación asistida por satélites, es el conocimiento del receptor utilizado. A tener presente: • Presencia del fabricante • Aplicabilidad del modelo elegido a las necesidades • Configuración • Tipo de proyección • Zona horaria • Interfaz • idioma

25. Roker Antena Página (también «esc») Zoom in, out Menú contextual On/off (retroiluminación) El Garmin Vista H

26. Reiniciando el Garmin Vista Con el equipo apagado presionar simultáneamente… Aquí Aquí Aquí Y aquí