El futuro de GPS y técnicas t especiales en desarrollo

Transcripción

1 Grupo de Geodesia Satelitaria-FCAGLP El futuro de GPS y técnicas t especiales en desarrollo Las Armas, mayo de 2010

2 Resumen de Errores Posicionamiento Puntual Receptor # Equipos Observables Precisión (σ) Navegador 1 C/A 5 m (H), 10 m (V) Submétrico 1 C/A, L1 5 m (H), 10 m (V) Geodésico 1 C/A P* L1/L2 5 m (H), 10 m (V) Posicionamiento Relativo Receptor # Equipos Observables Precisión (σ) Navegador 2 C/A 2-3 m Submétrico 2 C/A, L1 50 cm Geodésico 2 C/A, L1 1cm + 1ppm* Geodésico 2 C/A,P*, L1/L2 1cm + 1ppm * Hasta 20 km.

3 La Señal GPS Los Observables C/A tiene una Long. de onda de aprox. 300 m. La precisión: 3 a 0.5 m P tiene una Long. de onda de aprox. 30 m. La precisión: 0.3 m L1: tiene una Longitud de onda de aprox. 20 cm L2: tiene una Longitud de onda de aprox. 24 cm La precisión: 2 mm

4 Estado actual Señales en L1, L2 y L2C Código C/A en L1 de libre disponibilidad Código P en L1 y L2 encriptado el código Acceso a L2 con estrategias propias de cada receptor c/pérdida en la relación señal/ruido

5 Las mejoras en las señales Incorporación de una señal L2C (C de Civil) no encriptada a partir de los satélites del Bloque IIR M, conjuntamente con una señal militar tanto para L1, como para L2. Incorporación de una señal L5 de libre disponibilidad a partir de los satélites del Bloque II F. Mientras la vida util de los IIR-M es de 10 años, se espera que la de estos sea de 12. En estudio una nueva señal L1C, (Bloque III), la cual sería compatible con la de Galileo. El lanzamiento de los satélites correspondientes a este bloque, se planea para

6 Los planes en el tiempo Señales Satélites # total de Sat. Inicio Fin. Lanzam. L2C IIR-M 7 de L2C/L5 IIF L1C/L2C/L5 III ## 2014 Una de las pretensiones de la NASA es la incorporación de retroreflectores Laser, de manera de poder hacer un seguimiento orbital, independiente de las transmisiones clásicas de GPS (radio transmisiones). Esto permitirá separar errores orbitales, de errores en las efemérides. Esta es una característica de los satélites GLONASS y lo será de Galileo.

7 Que significarán estos cambios L2C (hoy hay 7 satélites operativos) Modelado inosférico a partir de la combinación de L1-L2C a partir de receptores sencillos que no necesitarán técnicas particulares para recuperar la L2. Mejor perfomance con señales débiles, no porque sea más fuerte la señal sino por una mejor estructura de la misma lo que permite ser seguida en peores condiciones. L5 es una nueva frecuencia en 1176 Mhz. L5 es 4 veces más potente que L2C y tiene una estructura mejorada lo que facilita su recepción en cualquier situación. Una tercera frecuencia disponible facilitará la eliminación del efecto de la ionósfera en las señales GPS.

8 GNSS: GPS + Glonass + Galileo IGS es hoy el International GNSS Service GNSS: Global Navigation Satellite System. Características: Integridad, disponibilidad y continuidad Actualmente se tiene GPS + GLONASS. En un futuro se espera sumar a Galileo GPS Glonass Galileo

9 GNSS: GPS + Glonass + Galileo (2) Glonass es el equivalente ruso de GPS # Activos 23 in cli na da 65.8 Planos orbitales 3 Plano del ecuador Altura Orbital km (Período 11hs 16 min) L1 (1602 Mhz) Señales L2 (1246 Mhz) Código C/A en L1 Código P en L1 y L2

10 GNSS: GPS + Glonass + Galileo (3) Galileo es el equivalente europeo de GPS # Experim. 2 in cli na da 56 Planos orbitales 3 Plano del ecuador Altura Orbital km (Período 14hs 4 min) Open Service OS (1m) L1 (1164 Mhz) Señales L2 (1214 Mhz) Comercial Service CS (cm) L1 + L3 (1300 Mhz) * Se tiene planeado lanzar los primero 2 satélites operacionales a fines de Y el 4to y 5to en ** Se espera contar con 30 satélites

11 Características Básicas GPS GLONASS GALILEO # Sat. Activos # Sat. Experim Planos Orbitales Inclinación Altura Orbital km km km Período Orbital 12 hs 11 hs 6 min 14 hs 4 min

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13 Differential GPS (DGPS) Mejora la exactitud en la posición del usuario al incorporar a la información proveniente de los satélites GPS, información de corrección generada a partir de receptores en estaciones de control info GPS info estaciones de control usuario GPS Mayor exactitud!! (de 5 ~ 10m a decímetros)

14 DGPS (X1, Y1, Z1) bruta (X1, Y1, Z1) verdadera (estación base) Diferencia (DPR)

15 BEACON Pseudo Range (VHF, UHF) DPR + (X2, Y2, Z2) bruta DPR aplicable directamente al Pseudo-Range (X2, Y2, Z2) mejorada

16 Se calcula la distancia sat-rec: DGPS clásico D = { (Xs X1) 2 + (Ys Y1) 2 + (Zs Z1) 2 } ½ (Xs, Ys, Zs) coord. satélite (X1, Y1, Z1) coord. estación base Sea PRo el pseudo range (pseudo distancia) observado para cierto satélite. Entonces: DPR = D Pro es una corrección al pseudo range observado en la estación base.

17 DGPS clásico Qué contiene DPR? error en la órbita error ionósfera error tropósfera en la base!!! error del reloj local DPR se transmite a la estación remota Si la remota está próxima a la base, la solución de coordenadas y relojes estará libre de errores en las órbitas, ionósfera y tropósfera La corrección no es instantánea pero en la base se puede calcular también su variación entre dos mediciones consecutivas y enviar DPR y su variación (δdpr) Así la corrección en la estación remota se calcula como DPR + δdpr (dt) siendo dt el intervalo de tiempo entre el calculo de DPR en la base y su aplicación en la estación remota.

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21 OmniSTAR Pseudo Range DPR + (X2, Y2, Z2) bruta DPR aplicable directamente al Pseudo-Range (X2, Y2, Z2) mejorada

22 DGPS a partir de OmniSTAR Equipo necesario: receptor GPS receptor de la señal del satélite que provee correcciones un software que aplique la corrección a las observaciones locales Problemas es un poco menos preciso en gral. que BEACON Ventajas la conexión no depende de la distancia a la estación de referencia (la señal es recibida desde satélites geoestacionarios)

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24 e-dif (extended differential) Genera correcciones diferenciales internas (autónomas) respecto de una coordenada de referencia (ej: punto de partida). Dichas correcciones se modelan en el tiempo y se aplican a la posición GPS con el objeto mantener una posición relativa consistente. Deriva 90cm en ~ 40min no utiliza servicios DGPS pagos Ventajas Respecto a DGPS no tiene las limitaciones de los servicios DGPS en cuanto al acceso a su señal correctora utilizable en todo el planeta

25 RTK clásico Equipo necesario: un GPS y un emisor en la estación de referencia j un GPS y un receptor de la señal de la estación de referencia Φ Aj Φ Bj un software que calcule en tiempo real la posición del móvil respecto de la base (conocida) Problema: con la distancia no cancelan los errores, Φ Aj es imperioso que haya conexión entre emisor y receptor y ésta no se pierda, de lo contrario habrá que inicializar nuevamente.

26 VRS (virtual reference station) C δφ Cj A, B, C estaciones de referencia En cada una se puede calcular para cada sat j δφ = Φ observada Φ calculada D δφ Dj * Las correcciones obtenidas en cada una de ellas pueden interpolarse dentro del triángulo Φ Dj* = Φ Dj + δφ Dj* Φ Dj = la calculada en base a la posición de la estación ficticia y las efemérides satelitales A δφ Aj B δφ Bj Φ Dj* = es una observación ficticia Las observaciones ficticias se procesan junto con las observadas en un rover

27 WAAS= GPS+GEO WAAS (Wide Area Augmentation System) Es un sistema regional, ampliado con respecto a GPS. Se apoya en estaciones de referencia ubicadas solamente en EEUU y Hawaii, con lo cual, el área de cobertura, es América del Norte. Las mediciones efectuadas por las estaciones de referencia son enviadas a estaciones de control que envían las correcciones a los usuarios por medio de satélites Geoestacionarios. La precisión alcanzada en la posición es de aprox. 1m en horizontal y 1, 5 m en vertical. Nota: la diferencia con OmniSTAR es que este último tiene una cobertura global

28 Funcionamiento de WAAS (1) Las estaciones WAAS monitorean los satélites GPS

29 Funcionamiento de WAAS (2) La información obtenida por las estaciones de referencia, es enviada a las estaciones de control, las que calculan las correcciones

30 Funcionamiento de WAAS (3) Las estac. de control reenvian las correcciones a los satélites GEO, via una estación (WMS) de envío de datos

31 Funcionamiento de WAAS (4) Los satélites GEO reenvian a los usuarios la señal corregida.

32 EGNOS Es el servicio de augmentación GNSS europeo. Inició con EGNOS- European Geostationary Navigation Overlay Service- el cual proporciona complementos civiles (radiofrecuencias) para GPS y GLONASS desde mediados de 2005

33 Arquitectura de EGNOS GPS GLONASS Segmento Espacial Segmento Usuario NLES (2 por GEO) Ranging and Integrity Monitoring Stations EGNOS Wide Area Network RIMS1 RIMS2 RIMS n Segmento de Control MCC1 MCC2 MCC3 MCC4 CPF CCF Master Control Centres PACF ASQF Support Facilities Fuente: Farmwoth