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Introdución al Posicionamiento con GPS

Sistema de Posicionamiento Global

Vista general

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Vista General De dónde son los GPS Como trabajan los GPS Estado de los GPS

Antes de los GPS teníamos...

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Antes de los GPS teníamos...

TRÁNSITO (Efecto Doppler)- Fijación de 16 días o menor- Precisión Sub-métrica casi en 3 días- Covertura mundial- Lat/Long/Altitud

LORAN (Triangulación)- Posición fija contínua.- Precisión de 300 metros- Cobertura limitada- Lat/Long

Ahora

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…Ahora

GPS- Posición fija contínua - Cobertura mundial- Lat/Long/Altitud- Precición de centímetros en segundos

TRÁNSITO (Efecto Doppler)- Fijación de 16 días o menor- Precisión Sub-métrica casi en 3 días- Covertura mundial- Lat/Long/Altitud

LORAN (Triangulación)- Posición fija contínua.- Precisión de 300 metros- Cobertura limitada- Lat/Long

Qué es un GPS?

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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.

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Porqué utilizamos satélites para hacer mapas. No es necesario tener

línea vista entre los objetos

El sistema de GPS está basado en satélites

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El sistema de GPS está basado en satélitesUsa 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?

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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

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5 pasos de un GPS

4

Sistema de trilateración1

Usa mensajes desde los sátelites para su localización.

Correcciones por la Troposfera y la Ionosfera5

Distancia desde los satélites (SV) usando la velocidad de la luz.2

3 4 SVs para resolver por X,Y,Z,t

Trilateración desde los Satélites

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Midiendo la distancia desde varios satélites usted puede calcular su posición.

Trilateración desde los Satélites

1

Trilateración

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TrilateraciónUna medida muestra la posición relativa que

tendría un observador en una esfera.

Esta es una posiciónrelativa en la esfera

17,460 Km

Trilateración

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TrilateraciónLa segunda medición intercepta las dos esferas y

muestra un área común.

La intercepción de las dosesferas se da en un círculo

Trilateración

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TrilateraciónLa tercera medida intercepta dos puntos del círculo

formado por las dos esferas anteriores

Trilateración

r

TrilateraciónLa cuarta medición determina cual de los dos

puntos seleccionado en el círculo interior es el válido.

Trilateración

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TrilateraciónEn 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.

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Medida de la distancia desde los satélites.

La posición es por medio de la medida del viaje de una señal de radio.

Posición de los Satélites2

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Mediciones a la velocidad de la luzMidiendo 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.

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How Do We Know When the Signal Left the Satellite?

One of the Clever Ideas of GPS: Usa el mismo código para el receptor y el

satélite Se sincroniza los satélites y los receptores para

poder generar en mismo código al mismo tiempo

Cuando observa los códigos enviados desde el satélite, verifica hace cuanto tiempo Then we look at the incoming code from the satellite and see how long ago our receiver generated the same codeDesde el satélite

Desde el recibidor en tierra

Medición de tiempos diferentes entre partes iguales de código

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Porqué un Código?Code lets you jump in anywhere Code lets many satélites operan en una misma

frecuencia Code gives us a way to increase signal-to-noise

ratio

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Necesario para la medición del tiempo de viajeMaking 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.

3Precisión de los relojes

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La idea de situaciónPrecisión de relojes

4 seg's6 seg's

En 2 dimensiones por motivo del dibujo

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Adicionando una tercer Medición

Tres mediciones son insuficientes para una

medición correcta measurement

would go through our position if correct

Precición de relojes

4 seg's6 seg's

8 seg's

En 2 dimensiones

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Con relojes rápidos

Mala posición porque el reloj esta fuerade posición por un segundo

5 segerror de tiempo

7 segerror de tiempo

En 2 dimensiones

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Tercera Medición

Relojes rápidos

Won’t go through the other two

En 2 dimensiones

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Se necesitan 4 Satélites para tener una posición en 3DIf we are looking at the previous slides in 3dthen 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!

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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

4 Knowing Where the Satellites Are

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Knowing Where the Satellites Are - Efemérides

Monitor stations• Diego Garcia• Ascension Island• Kwajalein • Hawaii

Current ephemeris is transmitted to users

Space Segment

GPS Control Colorado Springs

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Correcciones AtmosféricasCorrecciones Aplicadas

estimadas The signals are delayed by

the ionosphere and troposphere

Receiver makes estimated corrections for these delays

5

IonosferaTroposfera

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GPS en 5 Pasos

4

Basado en Trilateración1

Uso de mensajes desde los satélites para la localización

Corrección por la Troposfera y la Ionosfera5

Distancia desde los satélites (SV) usando la velocidad de la luz2

3 4 SVs para resolverpara X,Y,Z,t

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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

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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

Descripción de la Segmentación del Espacio

Copiado desde ‘GPS Navstar User’s Overview’ preparado por GPS Joint Program Office, 1984

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Satélites Disponibles (Sept. 1995)

SVnumber

*10

14

13

16

19

17

18

20

21

PRN

12

14

2

16

19

17

18

20

21

Launchdate

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

SVnumber

15

23

24

25

28

26

27

32

29

PRN

15

23

24

25

28

26

27

1

29

Launchdate

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

SVnumber

22

31

37

39

35

34

36

PRN

22

31

07

09

05

04

06

Launchdatem-d-yr

02-03-93

03-30-93

05-13-93

06-26-93

08-30-93

10-26-93

03-10-94

*Bloque I

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Preguntas ?