Introducción a GNSS Sistemas de Posicionamiento Global por Satélite

Introducción a los Sistemas de Posicionamiento Global (GPS)

Resumen de la Sección: En esta sección se introduce el concepto de los Sistemas de Posicionamiento Global (GPS), su funcionamiento y aplicaciones. También se mencionan los diferentes sistemas GPS existentes, como el GPS, GLONASS, Galileo y Beidou.

Qué son los sistemas de posicionamiento global (NSS) y cómo funcionan

• Los sistemas de posicionamiento global (NSS) son conjuntos de sistemas que permiten obtener datos de ubicación, velocidad y tiempo.

• El sistema GPS es uno de los más importantes y fue desarrollado inicialmente con fines militares.

• Los NSS están compuestos por tres segmentos principales: espacial, control y usuario.

Descripción del sistema GPS

• El sistema GPS es un proyecto militar que reemplazó al sistema Transit en 1973.

• Cuenta con dos modos de funcionamiento: Position SPS y Precise PPS.

• A partir del año 2000, ambos modos están disponibles para uso civil.

Otros sistemas importantes

GLONASS

• Sistema ruso conocido por sus siglas GLONASS.

• Desarrollado paralelamente al sistema GPS.

• Ofrece señales desde el espacio para determinar posición, velocidad y tiempo.

Galileo

• Programa europeo de radio navegación por satélite.

• Tecnología independiente del GPS estadounidense.

• Comenzó a operar en diciembre de 2016.

Beidou/Compass

• Proyecto desarrollado por China.

• Constelación llamada Beidou o "Osa Mayor".

• Primera generación operativa desde el año 2000.

• Segunda generación operativa desde 2012.

Configuración del sistema NSS

• Los NSS están compuestos por tres segmentos principales: espacial, control y usuario.

• El segmento espacial está formado por los satélites que conforman el sistema.

• El segmento de control se encarga de gestionar y monitorear los satélites.

• El segmento de usuario es utilizado por los receptores GPS para obtener la información de ubicación.

Segmento Espacial del Sistema NSS

Resumen de la Sección: En esta sección se detalla el segmento espacial del sistema NSS, que está compuesto por los satélites que forman parte del sistema. Se menciona la importancia de tener un número suficiente de satélites para garantizar una cobertura global en todo momento.

Características del segmento espacial

• El segmento espacial está compuesto por los satélites que forman parte del sistema NSS.

• Es fundamental contar con un número suficiente de satélites para garantizar una cobertura global constante.

• Los satélites emiten señales que son utilizadas por los receptores GPS para determinar la ubicación, velocidad y tiempo.

Importancia de la cobertura global

• La cobertura global es crucial para asegurar que los receptores GPS puedan recibir las señales necesarias en cualquier lugar del mundo.

• Un número adecuado de satélites permite tener una mayor precisión en la determinación de la ubicación.

Funcionamiento del segmento espacial

• Los satélites transmiten señales continuamente hacia la Tierra.

• Estas señales son captadas por los receptores GPS, quienes utilizan esta información para calcular su posición.

Segmento de Control del Sistema NSS

Resumen de la Sección: En esta sección se explica el segmento de control del sistema NSS, que se encarga de gestionar y monitorear los satélites. Se destaca la importancia de este segmento para garantizar un funcionamiento óptimo del sistema.

Funciones del segmento de control

• El segmento de control es responsable de gestionar y monitorear los satélites que forman parte del sistema NSS.

• Se encarga de realizar ajustes y correcciones necesarias para mantener el funcionamiento adecuado del sistema.

Mantenimiento y actualizaciones

• El segmento de control realiza tareas de mantenimiento regularmente para asegurar el correcto funcionamiento de los satélites.

• También se encarga de realizar actualizaciones en caso necesario, como por ejemplo, la incorporación de nuevos satélites al sistema.

Segmento Usuario del Sistema NSS

Resumen de la Sección: En esta sección se describe el segmento usuario del sistema NSS, que es utilizado por los receptores GPS para obtener información sobre su ubicación. También se menciona la disponibilidad tanto para uso civil como militar.

Funcionamiento del segmento usuario

• El segmento usuario está compuesto por los receptores GPS utilizados por las personas.

• Estos receptores captan las señales emitidas por los satélites y utilizan esa información para calcular su posición.

Disponibilidad para uso civil y militar

• A partir del año 2000, tanto el modo Position SPS como Precise PPS están disponibles para uso civil.

• Anteriormente, el acceso al modo Precise PPS estaba restringido a fines militares.

Conclusiones

Resumen de la Sección: En esta sección se presentan las conclusiones principales del tema abordado en el video. Se destaca la importancia de los sistemas de posicionamiento global (NSS) y su utilización en diferentes aplicaciones.

• Los sistemas de posicionamiento global (NSS) son fundamentales para obtener información precisa sobre ubicación, velocidad y tiempo.

• Existen varios sistemas NSS, como el GPS, GLONASS, Galileo y Beidou, que ofrecen cobertura global.

• El segmento espacial, control y usuario son componentes clave en el funcionamiento de los NSS.

• Los receptores GPS utilizados por las personas permiten aprovechar las ventajas de estos sistemas en diversas aplicaciones.

• La tecnología GPS ha evolucionado a lo largo del tiempo y continúa siendo una herramienta indispensable en la actualidad.

Sistema GPS

Resumen de la sección: En esta sección se presenta el sistema GPS, que consta de una constelación de 31 satélites. Se explican los diferentes tipos de satélites y su distribución en la órbita terrestre.

Constelación GPS

• La constelación GPS está compuesta por 31 satélites, de los cuales 24 conforman la línea de servicio base del sistema.

• La mayoría de las veces, hay al menos 8 satélites visibles para el usuario.

• Hay dos tipos principales de satélites en el sistema GPS: los del tipo "blog 2 r" que ofrecen el servicio estándar con una sola frecuencia (E1) y código, y los del tipo "blog 2" que ofrecen una frecuencia adicional (E5) y código.

• Los satélites orbitan a una altitud de 20,200 kilómetros sobre la superficie terrestre con una inclinación orbital de 55 grados respecto al ecuador.

• Actualmente, hay más de 24 satélites operativos en el sistema GPS.

Sistema Galileo

Resumen de la sección: En esta sección se presenta el sistema Galileo, otro sistema global de navegación por satélite. Se describen sus características y beneficios.

Constelación Galileo

• El sistema Galileo cuenta con un total de 30 satélites previstos, actualmente tiene operativos 18.

• El objetivo es tener todos los satélites completamente operativos para el año 2020.

• El sistema Galileo mejorará la exactitud de la geolocalización y proporcionará la próxima generación de tecnologías basadas en la localización, como automóviles autónomos y servicios de ciudades inteligentes.

Sistema GLONASS

Resumen de la sección: En esta sección se presenta el sistema GLONASS, otro sistema global de navegación por satélite. Se describen sus características y configuración.

Constelación GLONASS

• El sistema GLONASS consta de una constelación de 31 satélites, con 24 activos, 3 satélites de repuesto, 2 en mantenimiento, 1 en servicio y otro en pruebas.

• Los satélites están situados en tres planos orbitales con ocho satélites cada uno.

• Se mueven en órbitas alrededor de la Tierra con una altitud de 19,100 kilómetros.

Sistema COMPASS

Resumen de la sección: En esta sección se presenta el sistema COMPASS (Beidou), otro sistema global de navegación por satélite. Se describen sus características y cobertura.

Constelación COMPASS

• El sistema COMPASS contempla una cobertura global alcanzada mediante 35 satélites.

• De estos, 27 se encuentran en una órbita media terrestre, 5 en órbitas geoestacionarias y 3 en órbita geosincrónica inclinada.

Segmento Control

Resumen de la sección: En esta sección se explica el segmento control del sistema GPS. Se describen las instalaciones en tierra necesarias para dar soporte a las constelaciones de satélite y las funciones del segmento control.

Segmento Control

• El segmento control se compone de instalaciones en tierra que dan soporte a las constelaciones de satélite.

• Las funciones principales incluyen la estación de control maestra, estaciones de seguimiento y antenas.

• La estación de control principal se encarga de generar y distribuir el mensaje de navegación, monitorear las órbitas de los satélites y estimar el reloj y parámetros de efemérides.

• El segmento control es responsable del mantenimiento y control general del sistema GPS.

Segmento Usuario

Resumen de la sección: En esta sección se explica el segmento usuario del sistema GPS. Se describen los receptores GPS y su función para determinar la posición, velocidad y tiempo.

Segmento Usuario

• El segmento usuario está compuesto por todos los receptores GPS, desde los más completos utilizados en geodesia hasta los chips instalados en relojes o smartphones.

• Los receptores decodifican las señales transmitidas por los satélites para determinar la posición, velocidad y tiempo.

Segmento Usuario

Resumen de la sección: El segmento de usuario permite al usuario conocer su posición, planificar una ruta y ubicar puntos en un mapa. El sistema GNSS cumple con estas funciones tanto para uso civil, militar, profesional o recreativo.

Características principales del GNSS

• Precisión: el sistema es bastante preciso con márgenes de error aceptables.

• Confiabilidad: rara vez falla y ha demostrado ser confiable.

• Cobertura permanente: disponible los 365 días del año, las 24 horas del día, los 7 días de la semana.

• Capacidad ilimitada de uso: puede abastecer a cualquier cantidad de personas que puedan recibir la señal.

Funcionamiento del sistema GNSS

Resumen de la sección: El sistema GNSS calcula la ubicación y posición de un punto a partir de las señales emitidas por los satélites. Esto se logra midiendo la distancia entre el satélite y el receptor.

Cálculo de la ubicación

• Posiciones precisas conocidas: los satélites tienen posiciones precisas en el espacio.

• Medición de distancia: se mide la distancia entre el satélite y el receptor utilizando al menos 4 satélites.

• Datos transmitidos por los satélites:

• Código pseudoaleatorio: identifica al satélite que emite la señal.

• Efemérides: información sobre el estado del satélite y fecha y tiempo actual.

• Almanaque: información sobre la órbita del satélite.

Determinación de la posición

• Correlación del código pseudoaleatorio: el receptor determina el tiempo de viaje de la señal mediante la correlación del código pseudoaleatorio.

• Cálculo de distancia: utilizando la velocidad de la luz, se calcula la distancia a los satélites.

• Mínimo 4 mediciones: se necesitan al menos 4 mediciones para determinar una posición exacta.

Relojes y osciladores en los satélites

Resumen de la sección: Los satélites utilizan relojes y osciladores atómicos para medir el tiempo con alta precisión.

Tipos de relojes utilizados

• Relojes de cuarzo: utilizados principalmente en receptores.

• Rubidio e hidrógeno: utilizados en los satélites.

Estabilidad y precisión

• Pérdida de un segundo:

• Reloj de cuarzo: cada 30 años.

• Cesio: cada 300 mil años.

• Hidrógeno: cada 30 millones de años.

Trilateración

Resumen de la sección: La trilateración es un método utilizado para determinar una posición exacta del receptor utilizando las distancias a los satélites.

Ejemplo visual

• Si conocemos la distancia a un solo satélite, el lugar geométrico donde puede estar ubicado el receptor sería una esfera.

• Si conocemos las distancias a dos o más satélites, podemos determinar una posición exacta en cualquier parte donde las esferas se intersecten.

Funcionamiento del sistema GPS

Resumen de la sección: En esta sección se explica cómo funciona el sistema GPS y cómo se determina la ubicación del usuario.

Distancia a los satélites

• Si se conocen las distancias a tres satélites distintos, el lugar serían dos puntos, uno de los cuales sería rechazado.

• Sin embargo, debido a la falta de sincronización entre los relojes de alta precisión de los satélites y los relojes menos precisos del receptor, se necesita una cuarta medida para resolver este problema.

Receptores GPS

• Los receptores están constituidos por una antena y un receptor.

• La antena está conectada al receptor mediante un cable o forman una sola unidad.

• Los receptores constan de un mínimo de 4 canales y pueden llegar a tener más de 200 canales disponibles.

• Poseen un oscilador de cuarzo que permite generar la frecuencia de referencia para identificar al satélite que está enviando la señal.

• Contienen un microprocesador interno con el software correspondiente para calcular las coordenadas, velocidad y azimut.

• Tienen memoria para almacenar observaciones durante varias decenas de horas.

• Cuentan con una unidad de alimentación para brindar autonomía al receptor.

Clasificación de los receptores GPS

Resumen de la sección: En esta sección se clasifican los receptores GPS según las observables que emplean para determinar la posición.

Receptores de código

• Reciben datos del código por la portadora E1 y determinan la pseudo distancia entre el receptor y el satélite.

Receptores de fase

• Utilizados para receptores topográficos y geodésicos.

• Pueden manejar las señales L1 y L2.

• Pueden ser de mono frecuencia o de dos frecuencias.

• Los receptores de código y fase son más confiables y precisos que los receptores que solo utilizan el código.

Conclusiones

Resumen de la sección: En esta sección se presentan las conclusiones finales sobre los receptores GPS.

• Los receptores GPS pueden ser clasificados en receptores de medida desde sendas distancias, receptores de medida de código y fase, y otros tipos específicos para aplicaciones topográficas y geodésicas.

• Los receptores de código reciben datos del código por la portadora E1 para determinar la pseudo distancia entre el receptor y el satélite.

• Los receptores de fase pueden manejar las señales L1 y L2, siendo más precisos que los receptores que solo utilizan el código.

Receptores del mono frecuencia código y fase

Resumen de la sección: En esta sección se habla sobre los receptores del mono frecuencia código y fase, que son equipos utilizados en topografía y geodesia. Estos receptores toman datos de la portadora L1 en sus dos modalidades: código y fase. La precisión de estos equipos es considerablemente mayor que la de los anteriores, llegando a ser de un centímetro.

• Los receptores del mono frecuencia código y fase trabajan en tiempo real.

• Su precisión aumenta considerablemente respecto a los equipos anteriores.

• Se utilizan en topografía, identificación de redes apoyos fotogramétricos con drones, levantamiento de puntos, catastro e inventario.

• Permiten obtener mediciones precisas de las dos portadoras L1 y L2 emitidas por los satélites.

Receptores de código y fase de doble frecuencia

Resumen de la sección: En esta sección se habla sobre los receptores de código y fase de doble frecuencia, que son los equipos más precisos utilizados en topografía y geodesia. Estos receptores toman observables tanto del E1 como del E2 (portadoras L1 y L2) emitidas por los satélites. Trabajan en tiempo real procesando las medidas tanto en código como en fase, alcanzando precisiones del orden de los 5 milímetros.

• Los receptores de código y fase de doble frecuencia son los equipos más precisos.

• Se utilizan en aplicaciones avanzadas como topografía y geodesia.

• Toman observables de las portadoras L1 y L2 emitidas por los satélites.

• Trabajan en tiempo real procesando medidas tanto en código como en fase.

• Alcanzan precisiones del orden de los 5 milímetros.

Ventajas de los receptores de código y fase

Resumen de la sección: En esta sección se mencionan las ventajas de utilizar receptores de código y fase en topografía y geodesia. Estos equipos permiten obtener mediciones precisas, disminuyendo los tiempos de observación y alcanzando una precisión del orden de los 5 milímetros.

• Los receptores de código y fase trabajan en tiempo real, lo que reduce los tiempos de observación.

• Permiten obtener mediciones precisas con una precisión del orden de los 5 milímetros.