Post on 28-Jan-2016
r
Introdución al Posicionamiento con GPS
Sistema de Posicionamiento Global
Vista general
r
Vista General
De dónde son los GPS Como trabajan los GPS Estado de los GPS
Antes de los GPS teníamos...
r
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
r
…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?
r
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.
r
Porqué utilizamos satélites para hacer mapas.
No es necesario tener línea vista entre los objetos
El sistema de GPS está basado en satélites
r
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?
r
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
r
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.
23 4 SVs para resolver
por X,Y,Z,t
Trilateración desde los Satélites
r
Midiendo la distancia desde varios satélites usted puede calcular su posición.
Trilateración desde los Satélites
11
Trilateración
r
Trilateración
Una medida muestra la posición relativa que tendría un observador en una esfera.
Esta es una posiciónrelativa en la esfera
17,460 Km
Trilateración
r
Trilateración
La segunda medición intercepta las dos esferas y muestra un área común.
La intercepción de las dosesferas se da en un círculo
Trilateración
r
Trilateración
La tercera medida intercepta dos puntos del círculo formado por las dos esferas anteriores
Trilateración
r
Trilateración
La cuarta medición determina cual de los dos puntos seleccionado en el círculo interior es el válido.
Trilateración
r
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.
r
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 Satélites22
r
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.
r
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
r
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
r
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.
33Precisión de los relojes
r
La idea de situación
Precisión de relojes
4 seg's6 seg's
En 2 dimensiones por motivo del dibujo
r
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
r
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
r
Tercera Medición
Relojes rápidos
Won’t go through the other two
En 2 dimensiones
r
Se necesitan 4 Satélites para tener una posición en 3D
If 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!
r
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
44 Knowing Where the Satellites Are
r
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
r
Correcciones Atmosféricas
Correcciones Aplicadas estimadas
The signals are delayed by the ionosphere and troposphere
Receiver makes estimated corrections for these delays
55
IonosferaTroposfera
r
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 luz
23 4 SVs para resolver
para X,Y,Z,t
r
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
r
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
r
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
r
Preguntas ?