Diferencial GNSS. RTCM NTRIP Proyecto EUREF-IP

Transcripción

1 Diferencial GNSS. RTCM NTRIP Proyecto EUREF-IP Miguel Ángel Cano Villaverde Jefe del Servicio de Programas Geodésicos Centro de Observaciones Geodésicas Instituto Geográfico Nacional Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía Introducción Global Positioning System (GPS) y GLObal NAvigation Satellite System (GLONASS) son los sistemas de posicionamiento que a día de hoy dan servicio las 24 horas del día. La aumentación de estos sistemas mediante satélites geoestacionarios con transpondedores usando las mismas bandas de frecuencia están en fase de desarrollo. De forma genérica, se les viene llamando GNSS. El servicio diferencial GNSS, que consigue grandes precisiones mediante la transmisión de correcciones a las medidas de pseudodistancias, se lleva a cabo a partir de estaciones de referencia de coordenadas conocidas. El Comité Especial 104 de RTCM (Radio Technical Commission for Maritime Services), examinando las necesidades técnicas e institucionales, ha formulado recomendaciones en las áreas de los mensajes de datos, su formato y la manera en que llegan al usuario para estas correcciones. Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

2 Introducción 1. Mensajes y Formatos: Los elementos de los mensajes que generan las correcciones, mensajes de estado, parámetros de la estación. Se estructuran en formatos de datos similares a los de las señales emitidas por los satélites GPS, pero utilizando una longitud variable. 2. Interface de usuario: Define un interface estándar que habilita al receptor para poder usarlo con infinidad de enlaces de datos como pueden ser trasmisión VHF, radioenlaces o transmisión vía Internet (EUREF-IP). 3. Se definen distintos mensajes con distintas finalidades. Algunos se han fijado (no están sujetos a cambios) y algunos tentativos cuyo uso a lo largo del tiempo puede hacer que varíen su estructura. Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía Introducción Según las definiciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones, en su Regulación de Radio, establece: Radiodeterminación: Determinación de la posición, velocidad y/o otras características de un objeto, o la obtención de información relativa a estos parámetros por medio de las propiedades de propagación de ondas de radio. Radionavegación: Radiodeterminación usada para propósitos de navegación. Radiolocación: Radiodeterminación usada para propósitos diferentes de la radionavegación. Con los sistemas actuales de navegación (GPS, GLONASS ) estamos trabajando en radionavegación. Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

3 Actuales sistemas de Radionavegación Existen una variedad de sistemas de radionavegación actualmente operativos de uso civil. Dependiendo del uso que se le de, unos serán más atractivos que otros dependiendo de los usuarios. Lógicamente, GNSS es el más usado de un tiempo a esta parte. De hecho, presta servicios contenidos en otros y hará que aquellos desaparezcan. Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía Actuales sistemas de Radionavegación A.LORAN-C y CHAYKA EEUU, Canada y Noruega. Sistema de pulsos hiperbólico operando a frecuencia de 100 khz. Las estaciones se sitúan en cadenas de mínimo 3 estaciones. Presta servicio aproximadamente a 1000 millas náuticas, pudiendo ser mayor aumentando la sensibilidad de los receptores. Precisión 0,46 km en absoluto y m en relativo con repetibilidad (lento) Tambien extendido a Europa y parte de Asia. CHAYKA es la versión rusa de LORAN-C SERVICIOS A EXTINGUIR Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

4 Actuales sistemas de Radionavegación B. VOR, VOR/DME, TACAN Los tres sistemas de guiado básicos para la navegación aérea. VOR: VHF Omni-directional Range. Da orientación respecto a la instalación en tierra. DME: Distance Measuring Equipment. Da la distancia respecto a la instalación en tierra. TACAN: Tactical Air Navigation. Da tanto orientación, como distancia a la estación en tierra. Problema: Necesaria visibilidad entre los sistemas cobertura limitada a proximidad Se puede extender de manera que se cubra más territorio. Precisión: VOR 1,4º-0,46 km DME 0,18 km SERVICIOS A EXTINGUIR Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía Actuales sistemas de Radionavegación C. RADIOFAROS (RADIOBEACONS) Los radiofaros son transmisores de ondas de radio no direccionales que operan en frecuencias bajas (LF) y frecuencias medias (MF). Los navíos llevan una antena indicadora de la dirección (RDF) que mide el rumbo al emisor y se lo indica mediante una aguja. Son usados por todo el mundo debido a que son fáciles de usar y coste bajo de instalación y mantenimiento, por lo que suelen instalarse en todos los barcos/aviones. Precisión: algunas centenas de metros D. GNSS GPS, GLONASS, GALILEO, COMPASS. Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

5 Principios del DGNSS: El trabajo en diferencial para el GPS y GLONASS ofrece la posibilidad de precisiones de 1-10 metros para aplicaciones de navegación, si bien, utilizando técnicas cinemáticas de fase de la portadora se pueden conseguir precisiones mejores de 10 cm para líneas de base cortas (<20 km). El concepto básico del diferencial GNSS es que un receptor referencia se sitúa en un punto de coordenadas conocidas y, puesto que las posiciones de los satélites y la antena de referencia se conocen, las distancias se pueden determinar de forma precisa. Comparando estas distancias con las que se obtienen a partir de la medidas de pseudodistancias, se pueden determinar los errores de las pseudodistancias de forma precisa y determinar las correcciones que hay que aplicarles a cada una de ellas. Las correcciones se diseminan a usuarios no muy lejanos de manera que pueden mejorar la determinación de su posición. Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía Principios del DGNSS: Obviamente, la técnica diferencial funciona si los errores se deben, en su mayoría, a errores independientes del receptor, y este es el caso de GPS y GLONASS. Las fuentes de error principales en nuestro caso son: 1. Selective Availability. ~ 30 m. Hasta mayo 2000 en GPS. Inexistente en GLONASS 2. Retardos Ionosféricos. ~20-30m por el día. 2-3 por la noche. 3. Retardos Troposféricos. 4. Error en las efemérides. Normalmente <3m. 5. Error en los relojes de los satélites. Predichos en el mensaje de navegación Todos estos errores se eliminan o minimizan para usuarios cerca de la estación generadora de las correcciones. Según nos alejamos, 2 y 3 hacen que las correcciones vayan perdiendo efectividad. Se pueden usar incluso para satélites unhealthy para muchas aplicaciones. Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

6 Principios del DGNSS: Estación Base Vector diferencia entre Posición verdadera y posición GPS Posición GPS Posición verdadera (conocida) Posición verdadera (Desconocida) Vector diferencia calculado en la base y aplicado a la posición del Móvil Posición GPS Móvil Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía Principios del DGNSS: Se elimina: Errores de reloj SV y receptor Error orbital SA (<Mayo2000) Se disminuye: Efecto de la ionosfera 10 veces Efecto de la troposfera 2 veces Se mantiene: Multipath y ruido del receptor Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

7 SGR La mala elección del conjunto: Proyección-elipsoide-datum (ECEF) NO es un error GPS 200 metros Cm/mm 1.5 Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía La necesidad de servicios Diferencial GNSS: La mayor parte de los sistemas de radiolocación y radionavegación pueden trabajar en modo diferencial y, por tanto, aumentar su precisión. Las características de continuidad, actualización rápida de los datos y cobertura potencialmente alta hacen que los servicios DGNSS den información posicional que sólo se puede alcanzar en modos de trabajo para post-proceso. Estas capacidades y el bajo coste de los equipos lo hacen competitivo con otros sistemas y el aumento de su uso aumenta rápidamente en sectores: NAVEGACIÓN MARINA: La capacidad de conseguir precisiones de 50 m lo hace muy atractivo pues los requerimientos internacionales son km en aguas oceánicas y 0,46 km en zonas costeras. Para acercamiento a puertos, la precisión que se exige es de 8-20 m Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

8 NAVEGACIÓN MARINA: Sin operar en modo diferencial, GPS tiene una precisión de m y GLONASS de m.suficiente para navegación marina abierta En modo diferencial, se sobrepasan las necesidades de navegación cerca de puertos, incluso en el atraque. NAVEGACIÓN AÉREA: Excepto en las fases de aterrizaje y despegue, no hay requerimientos por encima de 100 m. En fase de aterrizaje la precisión es de 4 m en altura y 17 en horizontal.el DGNSS asegura esas precisiones, y con RTK se superan ampliamente Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía NAVEGACIÓN TERRESTRE Y GUIADO DE MAQUINARIA: Útil en localización de vehículos y personas, control de flotas de coches, fuerzas del orden, líneas de autobuses, flotas de camiones y taxis, incluso distribución de líneas de tren. Simplemente útiles los sistemas GPS y GLONASS sin aumento de precisión En zonas urbanas de gran densidad de edificios altos, el DGNSS será en breve un uso más del GPS (abaratamiento del acceso de banda ancha móvil). Las técnicas RTK hacen de GNSS sistemas muy útiles en sistema de guiado de maquinaria agrícola, guiado robótico, medida de parcelaciones, etc Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

9 Tipos de correcciones diferenciales Corrección diferencial inversa Se suele aplicar en control de flotas. Los datos recogidos por los distintos móviles se envían a un centro de control que dispone de correcciones diferenciales (o las obtiene mediante una "estación base") y las aplica a todos ellos obteniendo su posición corregida. En este tipo de tecnología el móvil desconoce su posición corregida. Corrección de pseudodistancia La "estación base" genera una corrección para cada una de las pseudodistancias observadas (PRC Pseudo Range Correction, Corrección a la pseudodistancia) y su variación con el tiempo (RRC Range Rate Correction), época a época, para los satélites observados. El equipo móvil aplica estas correcciones sobre los satélites que esté utilizando para calcular su posición. Este es el método más correcto. Corrección por posición Se utiliza cuando la estación móvil y base observan la misma constelación, o se supone que así sea. Se calcula la diferencia de latitud, longitud y altura elipsoidal en la "estación base" para aplicársela al móvil. Es el método más sencillo pero tiene el inconveniente de que sólo si en la base y el el móvil se usan los mismos satélites (constelación idéntica) puede considerarse rigurosamente correcta. Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía Configuración Equipos y Diseño Las operaciones en DGNSS se consiguen situando una estación de referencia con un receptor GNSS en un sitio conocido, determinando correcciones a las señales recibidas y transmitiéndolas a los usuarios del servicio. Se eliminan los errores comunes a los receptores y se mejora la precisión en la posición. Esta precisión se limita por el ruido del receptor del usuario y las incertidumbres propias del posicionamiento diferencial. La mejor solución es aplicar las correcciones diferenciales a las medidas de pseudodistancias medidas por el usuario puesto que el móvil y la base pueden recibir diferentes satélites por: 1. Diferente criterio de seguimiento de satélites 2. El terreno oculte satélites a uno de los dos 3. A medida que nos separamos de la base, la constelación que se observa difiere. Enviando correcciones a cada satélite, el usuario utiliza los comunes y evita los errores. Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

10 Estación de referencia Receptor GNSS con antena, procesador de datos, cables.determinando la posición del centro de fase de la antena. Salida de datos vía radio o TCP/IP Receptor GNSS multicanal con separación de canales para cada satélite para los que se generen correcciones diferenciales (actualmente 12 GPS y hasta 8 GLONASS). Seguimiento de códigos y fases de la portadora (no sólo DGPS, también RTK) Antena geodésica con modelo de calibración. Variación del centro de fase de la antena en función del acimut y la elevación del satélite del que provienen los datos. Horizonte despejado. Para asegurar seguimiento del máximo número de satélites y ser útil a más distancia. Evitar zonas en las que se produzca multipath (edificios con cristales o metales, ) Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía Equipo usuario Receptor GNSS con antena, procesador de datos, cables.determinando la posición del centro de fase de la antena. Recepción de datos vía radio o TCP/IP Receptor GNSS capaz de aplicar correcciones diferenciales de la estación de referencia a sus medidas de pseudodistancia. Seguimiento de códigos y fases de la portadora (no sólo DGPS, también RTK) Antena geodésica con modelo de calibración. Variación del centro de fase de la antena en función del acimut y la elevación del satélite del que provienen los datos. Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

11 Formatos estándar de correcciones diferenciales RTCM 2.x RTCM 3.x Formatos propietarios Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía RTCM 2.3 Correcciones de código Correcciones de fase NÚMERO DE ESTADO ACTUAL TÍTULO MENSAJE 1 Fixed Differential GPS Corrections 2 Fixed Delta Differential GPS Corrections 3 Fixed Reference Station Parameters 4 Tentative Reference Station Datum 5 Fixed Constellation Health 6 Fixed Null Frame 7 Fixed Beacon Almanacs 8 Tentative Pseudolite Almanacs 9 Fixed Partial Satellite Set Differencial Corrections 10 Reserved P-Code Differential Corrections (all) 11 Reserved C/A-Code L1, L2 Delta Corrections 12 Reserved Pseudolite Station Parameters 13 Tentative Ground Transmitter Parameters 14 Fixed GPS time of week 15 Fixed Ionosphere (Troposphere) Message 16 Fixed Special Message 17 Fixed Ephemeris Almanac 18 Fixed RTK Uncorrected Carrier Phase Measurement 19 Fixed RTK Uncorrected Pseudorange Measurements 20 Fixed RTK Carrier Phase Corrections 21 Fixed RTK Pseudorange Corrections Tentative 59 Fixed Proprietary Message Fecha del Congreso X Curso Reserved de GPS en Geodesia y Cartografía Multipurpose Usage

12 MENSAJES PARA DGNSS Mensaje tipo 1 Corrección a las pseudodistancias RTCM SC104 Para cada satélite: ρ dρ( t) = dρ( t0) + ( t t0 t ) PRC() t = PRC( t ) + RRC ( t t ) 0 0 La pseudodistancia corregida para el usuario queda: PR() t = PRM() t + PRC() t PRC Pseudo range correction (16 bits) RRC Range Rate correction(8 bits) t 0 (cuenta Z modificada. 13 bits) ID del satélite (5 bits), PRN Salud del satélite Edad UDRE Paridad Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía MENSAJES PARA DGNSS Mensaje tipo 2 Corrección al tipo 1. Delta correction δprc() t = PRC( oldiod) + PRC( newiod) δrrc() t = RRC( oldiod) + RRC( newiod) RTCM SC104 Para situaciones en que el rover y la base están usando efemérides distintas [ δ ] [ RRC( newiod) ( t t1) ] [ δrrc( oldiod) ( t t2) ] PRC() t = PRC( newiod) + PRC( oldiod) t tiempo aplicación de corrección, t 1 cuenta Z modificada del primer mensaje, t 2 cuenta Z modificada del segundo mensaje Aumentación del tipo 1 No contiene información sobre la identificación del satélite, salud o edad Se usa para actualizar efemérides del móvil. Si los receptores son de calidad suficiente para decodificar las efemérides inmediatamente se puede eliminar Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

13 MENSAJES PARA DGNSS Mensaje tipo 3 Coordenadas estación de referencia RTCM SC104 Parámetr o bit Factor escala Rango X m ± m Y m ± m Z m ± m paridad 24 Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía MENSAJES PARA RTK El posicionamiento a través de RTK (Real-Time Kinematic) consigue precisiones por debajo del decímetro. Se basa en la medida de la fase de la portadora que se usa tanto en el método estático, estático rápido y cinemático. La actualización de datos en el posicionamiento RTK es mucho mayor que el posicionamiento diferencial GPS ya que el procesamiento implica el modelo matemático para el posicionamiento de dobles diferencias de fase de la portadora. Normalmente los datos se actualizan entre 0,5 y 2 segundos y deben llegar al usuario en menos de 3 s si tarda más, las condiciones entre la época de las correcciones y su aplicación varían y dejan de tener aplicabilidad. Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

14 MENSAJES PARA RTK La correlación espacial limita el uso de esta técnica (con precisión 10 cm) a unas pocas decenas de kilómetros y a una visión directa entre referencia y rover (hasta la aparición de NTRIP). Las aplicaciones de las técnicas RTK incluyen la construcción, obra civil, medidas hidrográficas, medidas topográficas, sismicidad, determinación de datums altimétricos, aterrizaje y despegue de aviones, navegación terrestre, control de flotas, apoyo fotogramétrico, determinación de puntos de apoyo para medidas terrestres, control y guía robotizada, calibración de sensores y distanciómetros, et. Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía MENSAJES PARA RTK NÚMERO DE ESTADO ACTUAL TÍTULO MENSAJE 18 Fixed RTK Uncorrected Carrier Phase Measuremen 19 Fixed RTK Uncorrected Pseudorange Measuremen 20 Fixed RTK Carrier Phase Corrections 21 Fixed RTK Pseudorange Corrections Los mensajes contienen información útil para medidas de gran precisión y navegación, soportando aplicaciones de RTK que utilizan técnicas de interferometría en tiempo real para resolución de ambigüedades. El mensaje 18 aporta las medidas de fase de la portadora, mientras que el mensaje 19 las medidas de pseudodistancias, pero sin corregir de las efemérides contenidas en el mensaje de navegación. Los mensajes 20 y 21 están corregidos por efemérides y se les suele llamar por ello correcciones. El mensaje 21 es básicamente el mensaje 1 pero con información adicional de calidad de las medidas y se puede usar en receptores de correlación cruzada. Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

15 MENSAJES PARA RTK Mensaje tipo 20 Corrección a la fase de la portadora RTCM SC104 Una corrección de fase de la portadora es similar a una corrección de pseudodistancia, pero calculada usando las medidas de fase de la portadora de la estación de referencia. En la estación de referencia se calcula: CPC( t) = CGR( en ciclos) ACR( para el tiempo GNSS de medida) En el receptor móvil se aplica: CPC Carrier Phase Correction CGR Computed Geometric Range ACR Adjusted Carrier Range CUCR Corrected User Carrier Range MUCR Measured User Carrier Range CUCR ( t) = MUCR( t) + CPC( t) Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía RTCM 3.0 Arquitectura de base de datos: La versión de RTCM 3 para servicio de posicionamiento diferencial GNSS estándar se ha escrito con formato de base de datos; la información que se envía son los campos de la base de datos. Propósito de que la difusión de los datos sea broadcast Mensajes muy ligeros respecto a versiones anteriores: No se utilizan bits delimitadores longitud fija de los mensajes No se utilizan bits de paridad, de la perfecta llegada de los datos se encarga el protocolo TCP Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

16 RTCM 3.0 Grupos de mensajes: Los tipos de mensaje que contiene la actual versión RTCM versión 3.x están estructurados en diferentes grupos. El grupo de mensajes utilizados por un proveedor dependerá del tipo de equipos que vayan a usar y de la finalidad que se persiga. Cada proveedor debe transmitir al menos un mensaje de cada uno de los siguientes grupos: Observaciones Coordenadas de estación Descripción de la antena Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía RTCM 3.0 Grupos de mensajes: Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

17 RTCM 3.0 Servicios: Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía RTCM 3.0 Campos de la base de datos. RTCM 3.0 se estructura como base de datos, por eso los parámetros que se transmiten en los mensajes son campos de la base de tatos. Esto permite una gestión mucho más optimizada de la información. DF + (número) indica el Data Field, que es el campo de datos. Cada mensaje está compuesto por diferentes campos en donde se encuentran los parámetros que va a utilizar el equipo móvil para corregir su posición. La información que contienen los campo está basada en datos brutos, de tal manera que a partir de la información de los mensajes de corrección se pueden generar archivos RINEX de observaciones. Existen 57 campos posibles (DF001-DF057): Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

18 RTCM 3.0 Campos de la base de datos : 1. Reservado 2. Número de mensaje 3. Identificador de la estación de referencia 4. Tiempo en época GPS: número de milisegundos desde el comienzo de la semana GPS (medianoche GMT del sábado al domingo) medidos en tiempo GPS. 5. Indicador de sincronización del mensaje GNSS: Si F = 0 no hay más observables GNSS de esa época para ser transmitidos. En ese caso el receptor empieza a procesar los datos. Si F = 1 el siguiente mensaje contendrá observables de otra fuente GNSS de la misma época. 6. Número de satélites GPS contenidos en el mensaje (no necesariamente tiene que ser el mismo número de satélites que a la estación de referencia esté recibiendo). 7. Indicador de suavizado libre de divergencia (divergence-free smoothing) GPS Si es 0, no se está usando Si es 1, se está usando Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía RTCM 3.0 Campos de la base de datos : 8. Intervalo de suavizado GPS 9. Satélite ID: número PRN del satélite 10. Indicador de código GPS L1: 0 = código C/A 1 = código P(Y) 11. GPS L1 pseudodistancia: dato bruto L1 de la pseudodistancia de la estación de referencia (en metros). 12. GPS L1 Fase - L1 pseudodistancia: diferencia entre la medida de fase L1 y la de pseudodistancia L1, de forma que el usuario puede obtener la medida de fase como la medida de pseudodistancia (obtenida como el campo anterior más el número entero) más este campo. 13. Indicador del tiempo GPS L1: contador que indica la cantidad de tiempo que la estación de referencia ha mantenido la señal de ese satélite. Cuando ocurre un salto de ciclo el contador se resetea a GPS entero L1: número entero de la medida de pseudodistancia (que hay que sumar al campo 11 para obtener la medida de pseudodistancia real). Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

19 RTCM GPS L1 CNR: indica la proporción portadora-ruido de la señal del satélite. 16. Indicador de código GPS L2: 0 = código C/A 1 = código P(Y) 2 = código P(Y) por correlación cruzada 3 = correlado P/Y 17. GPS L2-L1 diferencia de pseudodistancia: si a este campo se le suma la pseudodistancia en L1 se obtiene la pseudodistancia en L2. De esta forma la longitud del mensaje es mucho menor que si se mandar directamente la pseudodistancia en L GPS L2 Fase L1 pseudodistancia: diferencia entre la medida de fase L2 y la de pseudodistancia L1, de forma que el usuario puede obtener la medida de fase como la medida de pseudodistancia (obtenida como el campo anterior más el número entero) más este campo. 19. Indicador de tiempo GPS L2: contador que indica la cantidad de tiempo que la estación de referencia ha mantenido la señal de ese satélite. Cuando ocurre un salto de ciclo el contador se resetea a GPS L2 CNR: indica la proporción portadora-ruido de la señal del satélite. Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía RTCM Año de realización del ITRF 22. Indicador GPS: 0 = servicio GPS no dado 1 = Servicio GPS dado 23. Indicador GLONASS: 0 = servicio GLONASS no dado 1 = Servicio GLONASS dado 24. Indicador Galileo: 0 = servicio Galileo no dado 1 = Servicio Galileo dado 25. Coordenada X del ARP de la antena referido al ITRF cuya época está dada en el campo Coordenada Y del ARP de la antena referido al ITRF cuya época está dada en el campo Coordenada Z del ARP de la antena referido al ITRF cuya época está dada en el campo Altura de la antena: de la marca de la estación al ARP de la antena. 29. Contador del descriptor: números de caracteres que describen la antena (de 0 a 31) 30. Descripción de la antena (ASCII) Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

20 RTCM Modelo de calibración del centro de fase de la antena: Si es 0 se usa el modelo estándar del IGS Si es 1 especificar modelo 32. Número de caracteres del número de serie de la antena 33. Número de serie de la antena 34. Tiempo en época GLONASS: tk 35. Número de satélites GLONASS procesados (número de satélites en el mensaje, no tiene porque coincidir con el número de satélites que recibe la estación). 36. Indicador de suavizado GLONASS libre de divergencia (divergence-free smoothing) Si es 0, no se está usando Si es 1, se está usando 37. Intervalo de suavizado GLONASS 38. Satélite ID GLONASS: número de satélite GLONASS. 39. Indicador de código GLONASS L1: 0 = código C/A Fecha 1 del = código CongresoP X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía RTCM Número de canal de frecuencia de satélite GLONASS: indica el código de la frecuencia del satélite, de forma que el usuario conoce la frecuencia sin la necesidad de disponer de un almanaque. 41. GLONASS L1 pseudodistancia: dato bruto L1 de la pseudodistancia de la estación de referencia (en metros). Para obtener la pseudodistancia real a este campo hay que añadirle un número entero que el usuario puede estimar a partir de la distancia a la estación de referencia u obtener del mensaje extendido. 42. GLONASS L1 Fase - L1 pseudodistancia: diferencia entre la medida de fase L1 y la de pseudodistancia L1, de forma que el usuario puede obtener la medida de fase como la medida de pseudodistancia (obtenida como el campo anterior más el número entero) más este campo. 43. Indicador del tiempo GLONASS L1: contador que indica la cantidad de tiempo que la estación de referencia ha mantenido la señal de ese satélite. Cuando ocurre un salto de ciclo el contador se resetea a GLONASS entero L1: número entero de la medida de pseudodistancia (que hay que sumar al campo 11 para obtener la medida de pseudodistancia real). 45. GLONASS L1 CNR: indica la proporción portadora-ruido de la señal del satélite. Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

21 RTCM Indicador de código GLONASS L2: 0 = código C/A 1 = código P 47. GLONASS L2-L1 diferencia de pseudodistancia: si a este campo se le suma la pseudodistancia en L1 se obtiene la pseudodistancia en L2. De esta forma la longitud del mensaje es mucho menor que si se mandar directamente la pseudodistancia en L GLONASS L2 Fase L1 pseudodistancia: diferencia entre la medida de fase L2 y la de pseudodistancia L1, de forma que el usuario puede obtener la medida de fase como la medida de pseudodistancia (obtenida como el campo anterior más el número entero) más este campo. 49. Indicador de tiempo GLONASS L2: contador que indica la cantidad de tiempo que la estación de referencia ha mantenido la señal de ese satélite. Cuando ocurre un salto de ciclo el contador se resetea a GLONASS L2 CNR: indica la proporción portadora-ruido de la señal del satélite. 51. Número de día juliano modificado (MJD): número de día contado desde la medianoche del 17 de noviembre de Segundos del día (UTC): segundos contados desde la medianoche del día. 53. Número ID del mensaje siguiente: informa al receptor del número del tipo de mensaje que sigue a este. Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía RTCM Segundos intercalares GPS-UTC: 55. ID del mensaje 56. Sincronización del mensaje: 1. 0 = asíncrono, no transmitido en intervalos regulares 2. 1 = síncrono, transmitido en intervalos regulares 57. Intervalo de transmisión del mensaje: en el caso de que la transmisión sea asíncrona el intervalo es aproximado. Una vez definidos todos los campos de los mensajes, cada mensaje contendrá unos campos u otros según el tipo de mensaje que sean. Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

22 RTCM 3.0 Mensaje tipo En la siguiente tabla se muestra el contenido del mensaje tipo Este mensaje se genera tantas veces como número de satélites se observen. La información es relativa L1 de GPS. Datos del campo Nº de campo (DF) Tipo de dato Nº de bits ID del satélite DF009 unit6 6 Código indicador de L1 de GPS DF010 bit(1) 1 Pseudodistancia GPS L1 DF011 unit24 24 Fase de L1 - pseudodistancia L1 DF012 int20 20 Indicador de tiempo de reloj de L1 DF013 uint 7 7 Total 58 Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía RTCM 3.0 Mensaje tipo 1002 RTK de GPS extendido de L1. Además, en este mensaje se incluye la información del ruido de la onda portadora (carrier-to-noise CNR) como una medida de la estación de referencia. El mensaje 1002 es complementario al tipo Por ejemplo CNR no se utiliza en todas las medidas realizadas, solamente cuando cambia de valor. De tal manera que los datos de del mensaje básico RTK 1001 se utiliza con más frecuencia que el Se envía uno por cada satélite observado por la estación. Datos del campo ID del satélite Código indicador de L1 de GPS Pseudodistancia GPS L1 Fase de L1 - pseudodistancia L1 Indicador de tiempo de reloj de L1 Número entero de módulos de la pseudodistancia de L1 CNR de GPS en L1 Total Nº de campo (DF) DF009 DF010 DF011 DF012 DF013 DF014 DF015 Tipo de dato unit6 bit(1) unit24 int20 uint8 uint8 uint8 Nº de bits Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

23 RTCM 3.0 Mensaje tipo 1003 RTK de GPS básico de L1 y L2. El mensaje 1003 se contiene la información básica de la observación bifrecuencia de cada satélite. Este mensaje no contiene la señal de ruido de las señales. Datos del campo ID del satélite Código indicador de L1 de GPS Pseudodistancia GPS L1 Fase de L1 - pseudodistancia L1 Indicador de tiempo de reloj de L1 Código indicador de L2 Diferencias entre las pseudodistancias L2- L1 Fase de L2 - pseudodistancia L1 Indicador de tiempo de reloj de L1 Total Nº de campo (DF) DF009 DF010 DF011 DF012 DF013 DF016 DF017 DF018 DF019 Tipo de dato unit6 bit(1) unit24 int20 uint8 bit(2) int14 int20 unit7 Nº de bits Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía RTCM 3.0 Mensaje tipo 1004 RTK de GPS extendido de LI y L2. Además en este mensaje se incluye información del ruido de las ondas portadoras (carrier-tonoise CNR) como una medida de la estación de referencia. El mensaje 1004 es complementario al tipo Por ejemplo CNR no se utiliza en todas las medidas realizadas, solamente cuando cambia de valor. De tal manera que los datos de del mensaje básico RTK 1003 se utiliza con más frecuencia que el Datos del campo Nº de campo (DF) Tipo de dato Nº de bits ID del satélite DF009 unit6 6 Código indicador de L1 de GPS DF010 bit(1) 1 Pseudodistancia GPS L1 DF011 unit24 24 Fase de L1 - pseudodistancia L1 DF012 int20 20 Indicador de tiempo de reloj de L1 DF013 uint7 7 CNR de GPS en L1 DF015 uint8 8 Código indicador de L2 DF016 bit(2) 2 Diferencias entre las pseudodistancias L2- L1 DF017 int14 14 Fase de L2 - pseudodistancia L1 DF018 int20 20 Indicador de tiempo de reloj de L2 DF019 unit7 7 CNR de GPS en L2 DF012 uint8 8 Total 74 Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

24 RTCM 3.0 Mensaje tipo 1005 Coordenadas ECEF (Earth-Centered-Earth-Fixed) del ARP (Antenna Referente Point) de la estación de referencia. En la versión 3.0 de los mensajes RTCM no se da como punto de referencia el centro de fase de L1 de la antena, ya que su posición es variante. Además la localización del centro de fase de L1 varía mucho en función del método utilizado durante la calibración, pudiendo éste variar para una misma antena. El ARP siempre está referido a un punto físico de la antena, normalmente su parte inferior. Datos del campo Número de mensaje (1005) Identificador de la Estación de Referencia Año de realización del ITRF Indicador GPS Indicador GLONASS Indicador Reservado a Galileo Reservado Coordenada X del ARP Reservado Coordenada Y del ARP Reservado Coordenada Z del ARP Total Nº de campo (DF) DF002 DF003 DF021 DF022 DF023 DF024 DF001 DF025 DF001 DF026 DF001 DF027 Tipo de dato Unit12 Unit12 Unit38 Unit38 Nº de bits Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía Unit6 bit(1) bit(1) bit(1) bit(1) Int38 bit(2) bit(2) RTCM 3.0 Mensaje tipo 1006 Coordenadas ECEF (Earth-Centered-Earth-Fixed) del ARP (Antenna Referente Point) de la estación de referencia y Altura de la antena sobre la marca. Datos del campo Número de mensaje (1006) Identificador de la Estación de Referencia Año de realización del ITRF Indicador GPS Indicador GLONASS Indicador Reservado a Galileo Reservado Coordenada X del ARP Reservado Coordenada Y del ARP Reservado Coordenada Z del ARP Altura de la antena Nº de campo (DF) DF002 DF003 DF021 DF022 DF023 DF024 DF001 DF025 DF001 DF026 DF001 DF027 DF028 Tipo de dato Unit12 Unit12 Unit6 bit(1) bit(1) bit(1) bit(1) Int38 bit(2) Unit38 bit(2) Unit38 Unit16 Nº de bits Total 168 Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

25 RTCM 3.0 Mensaje tipo Descripción de la antena. El IGS establece el convenio de cómo nombrar cada una de las estaciones aplicando a cada una un único identificador que debe tener una longitud de 20 caracteres. Datos del campo Número de mensaje (1007) Identificador de la Estación de Referencia Contador del descriptor Descripción de la antena Nº de campo (DF) DF002 DF003 DF029 DF030 Tipo de dato Unit12 Unit12 Unit8 Char8(N) Nº de bits *N Modelo de calibración del centro de fase de la antena DF031 Unit8 8 Total 40+8* N Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía RTCM 3.0 Mensaje tipo Descripción y número de serie de la antena. El IGS establece el convenio de cómo nombrar cada una de las estaciones aplicando a cada una un único identificador que debe tener una longitud de 20 caracteres. Datos del campo Número de mensaje (1008) Identificador de la Estación de Referencia Contador del descriptor Descripción de la antena Nº de campo (DF) DF002 DF003 DF029 DF030 Tipo de dato Unit12 Unit12 Unit8 Char8(N) Nº de bits *N Modelo de calibración del centro de fase de la antena DF031 Unit8 8 Número de caracteres del número de serie de la antena DF032 Unit8 8 Número de serie de la antena DF033 Char8(N) 8*N Total 48+8(N*M) Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

26 Sistemas de Aumentación? El posicionamiento absoluto con GPS no es adecuado en muchos casos por: Integridad: Proteger al usuario de información inexacta Exactitud : Diferencia entre posición medida y real en un instante Continuidad: Capacidad de completar trabajos sin cortes. Disponibilidad: Capacidad de ser usado por el usuario cuando y donde sea. Existen varias posibilidades: Algoritmos en los receptores (RAIM) Receiver Autonomous Integrity Monitoring Sensores adicionales Altímetros, relojes más precisos.. Más sistemas: 1. GLONASS 2. GNSS2 - Galileo Modernización del GPS Aumento de frecuencias y códigos (L2C) Ground Based Augmentation Systems (GBAS) Sist. de aumentación terrestre Satellite Based Augmentation Systems (SBAS) Sist. de aumentación satelital EGNOS, WAAS, MSAS (SBAS) Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía SBAS: Concepto Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

27 SBAS En el ecuador Sistema para transmitir correcciones diferenciales por medio de satélites geoestacionarios INMARSAT (también emiten frecuencia GPS + SV s). 1ª ventaja: con un receptor GPS, sin necesidad de otro aparato suplementario podemos tener posiciones corregidas diferencialmente. En EEUU En Europa En Japón WAAS EGNOS ( AOR-E, IOR y ARTEMIS) MSAS Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

28 Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía SBAS: OmniSTAR (pago) Ofrece 3 servicios: Submetre Positioning (VBS) Precisión mejor de 1 m Decimetre Positioning (HP) Precisión decimétrica Monitoring & Tracking (OmniTRACK) Seguimiento continuo Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

29 OmniSTAR: Descripción del sistema Sv de comunicaciones Reference Station Reference Station Reference Station Centro de control Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía Centros de control Omnistar Reston R R Aberdeen Singapore R Perth Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

30 MSV APSAT AMSAT OPTUS AFSAT EASAT Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía LAAS: Concepto Versión EEUU de GBAS Se basa en la generación de correcciones diferenciales en una estación permanente cerca de un aeropuerto con 3 receptores Generando correcciones diferenciales de código y fase que son transmitidas vía VHF Error m hasta 45km Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

31 Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía NTRIP Networked Transport of RTCM via Internet Protocol Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

32 NTRIP. Introducción. Transmisión de correcciones mediante Radio UHF Alcance 5-20 km. Multiusuario Cualquier lugar Sin contrato Puede estar en una Estación Permanente Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía NTRIP. Introducción. Transmisión de correcciones mediante GSM Dos teléfonos por usuario Alcance según cobertura Sólo lugares con cobertura Coste de la transmisión Dos teléfonos por usuario (transmisión de teléfono a teléfono) Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

33 NTRIP. Introducción. Flujo de datos en Ntrip: Ntrip Client Ntrip Caster Ntrip Source (Ntrip Server) Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía NTRIP. Introducción. Difusión de RTCM mediante Internet Es un protocolo a nivel de aplicación que se utiliza para la distribución de los datos GNSS a través de Internet. Ha sido desarrollado por el BKG (Bundesamt für Kartographie und Geodäsie) en EUREF (responsable del European Reference System). Componentes: NtripCasters, NtripClients, NtripServers y NtripSources. Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

34 NTRIP. Introducción. Basado en el estándar de streaming HTTP Uso masivo de los datos GNSS Gran capacidad de gestión de usuarios Seguridad en las comunicaciones (firewalls o proxyservers de redes locales) Compatible con dispositivos móviles (TCP/IP) Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía NTRIP. Flujo de datos. Comunicaciones: NtripClien NtripCaster NtripCaster NtripServer NtripSource NtripServer Administrador Ntripcaster HTTP Streams Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

35 NTRIP. Funcionamiento. NtripServer define un identificador para cada stream llamado punto de montaje (mountpoint) y varios clientes pueden acceder al mismo tiempo a los datos de un mismo punto de montaje mediante una petición. Si se configura apropiadamente, el NtripCaster se puede administrar remotamente para organizar todas las fuentes de datos, dar acceso a clientes o dar de alta otra estación o stream. NtripClient debe ser capaz de elegir una fuente de datos a través de su nombre o punto de montaje en el NtripCaster. Para ello, el caster tiene configurado un archivo tabla de fuentes (sourcetable) cuyo contenido es una descripción de los parámetros de cada stream, del propio caster, de una red de estaciones generadora de correcciones o de otro caster Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía Elementos del Sistema NTRIP NTRIPSOURCE: Un punto definido geográficamente respecto al cual se generan correcciones diferenciales Genera un stream continuo de RTCM Definido de manera unívoca con el nombre de punto de montaje (mountpoint) Puede haber más de uno por Estación de Referencia (RTCM 2.3 y RTCM 3.0) Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

36 Componentes Estación de Referencia Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía Elementos del Sistema NTRIP NTRIPSERVER: Aplicación que se instala en un PC Recibe los datos de NtripSource por puerto serie Envía a los NtripCaster Parámetros de comunicación del receptor GNSS y del NtripCaster al que sirve los datos Usuario y contraseña Normalmente embebido en el receptor GNSS TCP es capaz de detectar interrupciones en la conexión Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

37 Elementos del Sistema NTRIP NTRIPCASTER: Centro de comunicación de datos Recoge las correcciones de los NtripServers Envía las correcciones a los usuarios (NtripClients) Gestiona usuarios y puntos de montaje Monitoriza conexiones Genera y almacena estadísticas de los sucesos Conexión entre casters: Un punto de montaje de un carster puede ser NtripServer para otro Caster (pull) Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía Elementos del Sistema NTRIP NTRIPCLIENT: Cualquier dispositivo que haga una petición al Caster para conectarse y recoger el stream de un punto de montaje (mountpoint) Acceso libre o con usuario y contraseña Debe definir el Caster, la red de estaciones permanentes, y el punto de montaje al que desea conectar Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

38 TABLA DE FUENTES (SOURCETABLE): El caster NTRIP mantiene una tabla de fuentes de datos que contiene información sobre los datos disponibles, redes de estaciones GNSS, otros casters...que el usuario puede solicitar. Básicamente es una archivo cuyas líneas contienen información de: a) STReams de datos (record type STR), b) CASters (record type CAS), o bien c) NETworks of data streams (record type NET). Esta estructura es flexible a futuras ampliaciones si bien todos los clientes NTRIP deben ser capaces de decodificar los datos tipos STR y, opcionalmente los tipos CAS y NET Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía TABLA DE FUENTES (SOURCETABLE): Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

39 TABLA DE FUENTES (SOURCETABLE): Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía TABLA DE FUENTES (SOURCETABLE): Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

40 TABLA DE FUENTES (SOURCETABLE): Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía NTRIPCASTER Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

41 Configuración de transporte Ntrip Receiver COM Firewall Proxy Firewall Proxy COM Receiver TCP Server Caster Client TCP Networking Software Networking Software Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía Qué datos podemos transportar con NTRIP? Correcciones RTCM, DGPS Correcciones RTCM, RTK Correcciones RTCA, EGNOS & WAAS Datos brutos Efemérides ultra-rápidas SP3 Observaciones RINEX Otros datos: Sísmicos. Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

42 EJEMPLO DE IMPLEMENTACIÓN NTRIP ALBA Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía EJEMPLO DE IMPLEMENTACIÓN NTRIP ALBA NTRIPSERVER Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

43 SALA Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía SALA Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

44 RIOJ Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía RIOJ Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

45 NTRIPSERVER EN LÍNEA DE COMANDOS Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía NTRIPCLIENT GNSS Internet Radio (Windows) Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

46 NTRIPCLIENT GNSS Internet Radio (Windows) Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía NTRIPCLIENT GNSS Internet Radio (Pocket PC) Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

47 Acceso al sistema? Desde Windows Desde Linux Desde Windows CE/Pocket PC Desde un teléfono móvil Desde un GPS (Trimble s ACU) Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía NTRIPCASTER Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

48 NTRIPCASTER Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía NTRIPCASTER Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

49 Proyecto EUREF-IP Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía Proyecto EUREF-IP Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

50 Proyecto EUREF-IP EPN Central Bureau Royal Observatory of Belgium Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía Estaciones IGN Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

51 Fuentes de datos disponibles en Europa Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía Global Ntrip Real-Time Network Purpose: Tracking below horizon Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

52 Servidor IGN propio de EUREF-IP 1er. Servidor europeo dentro de EUREF (excepto BKG). Feb 2004 Doble servidor Pentium IV, Linux, RAID 5, 5 RJ45 Gigabit Conexión independiente de la corporativa a Internet Servicios: p-ftp, ssh, vnc, EUREF-IP (puerto 80 y 2101) Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía Sistema de monitorización BKG Munich Servidor doble EUREF-IP Router Internet BKG Frankfurt Red corporativa Firewall Slovenia Monitor de streams sms Monitor de Casters Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

53 Casters en Europa Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía Casters en el Mundo Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía

54 Qué necesito para proporcionar datos? Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía Software que soporta Ntrip Fecha del Congreso X Curso de GPS en Geodesia y Cartografía