Workshop SACCSA Problemática en las regiones CAR/SAM

Transcripción

1 Workshop Problemática en las regiones R/M PROYETO REGIONL DE OOPERIÓN TÉNI RL/03/902 - R08 (olución de umentación para aribe, entro y ur mérica) iudad de México (México) 1

2 Indice - Breve historia de la navegación satelital - Navegación por satélite: Idea intuitiva - Problemática de la región - Prestaciones obtenidas en la actualidad iudad de México (México) 2

3 BREVE HITORI DE L NVEGIÓN iudad de México (México) 3

4 Breve Historia de la Navegación por atélite En 1519, Elcano y Magallanes completaron la primera vuelta a la Tierra solamente utilizando cartas de navegación, un globo terrestre, brújulas, cuadrantes, sextantes, etc. Mediante estos instrumentos y con una cierta habilidad podían estimar la velocidad del barco, dirección y latitud, pero no la longitud. e tardaron al menos otros 250 años hasta que los navegantes fueron capaces de estimar la longitud en el mar. 200 años después es posible calcular, posición velocidad y tiempo con una gran precisión, sin esfuerzo y con un coste menor gracias a GP. GP representa una mezcla de tecnologías que maduraron simultáneamente a mitad del siglo XX. Estas tecnologías cumplen con el objetivo de determinar la posición por medio de la trilateración, o determinación de la posición a base de medir distancias a puntos conocidos. iudad de México (México) Page 4

5 Breve Historia de la Navegación por atélite lo largo de la historia tres áreas científicas aparentemente no relacionadas han constituido la clave para determinar la posición, tanto en los antiguos sistemas de navegación como en los modernos: Geodesia Medición del tiempo stronomía (en el pasado), astronáutica (en el presente) iudad de México (México) Page 5

6 Breve Historia de la Navegación por atélite Los avances del siglo XX principios del siglo XX dos inventos marcarán el mundo de la navegación: El cruce en 1901 del tlántico por una señal de radio En 1903 los hermanos Wright volaron con el primer aeroplano Desde entonces los aviones surcan los vuelos usando sistemas inerciales de navegación y radio ayudas Navegación Inercial:» Un giroscopio es una masa giratoria que permite mantener una dirección fija en el espacio. Los sistemas inerciales de navegación montan tres giroscopios en tres direcciones espaciales y permiten determinar el movimiento de un vehiculo. Radionavegación:» Las señales de radio viajan en el espacio libre en dirección recta y a la velocidad de la luz, el tiempo de propagación permite obtener información sobre la posición. iudad de México (México) Page 6

7 Breve Historia de la Navegación por atélite Métodos de Radionavegación: Triangularización: Las ondas de radio viajan a la velocidad de la luz, luego midiendo el tiempo de viaje de una señal desde el transmisor al receptor se puede tener información sobre la distancia entre estos. Dada la distancia a tres emisores, en posiciones conocidas, el usuario puede determinar su posición. Estos métodos se denominan TO (Time Of rrival) y GP es un sistema TO. Posicionamiento Hiperbólico: Estos sistemas se basan en la medida de la diferencia de los tiempos de llegada de las señales provenientes de dos estaciones transmisoras. Los transmisores estan sincronizados pero no el usuario (receptor), el reloj del usuario mide las deferencias de tiempos, normalmente ms. e necesitan al menos dos parejas de estaciones emisoras y el usuario se encontrara en la intersección de las dos hipérbolas. Estos sistemas se denominan TDO (Time Difference Of rrival) y ejemplos de estos sistemas son Loran y Omega. Posicionamiento Doppler: e basan en el efecto doppler, un cambio en la frecuencia aparente de la señal recibida por un observador debido al movimiento relativo entre el emisor y el receptor. Transit es un ejemplo de estos sistemas iudad de México (México) Page 7

8 Breve Historia de la Navegación por atélite GP: El éxito del istema Transit llevo a plantearse el desarrollo de un nuevo istema de elevadas prestaciones, las principales decisiones de diseño fueron: istema ctivo o Pasivo: Pasivo istema de posicionamiento, doppler, hiperbólico o triangularizacion: triangularizacion eñales de pulso o de onda continua: DM Frecuencia portadora: banda L onstelación de satélites y orbitas: satélites en orbitas medias (MEO) El primer satélite GP se lanzo en 1978 iudad de México (México) Page 8

9 Breve Historia de la Navegación por atélite GP: El desarrollo de cuatro tecnologías ha permitido el éxito del istema GP: atélites estables en orbitas predecibles Relojes ultra estables eñales spread spectrum ircuitos integrados iudad de México (México) Page 9

10 Breve Historia de la Navegación por atélite GN: GP no es el único istema existente. Mientras GP se encontraba en desarrollo, la Unión oviética emprendió el desarrollo de GLON, la constelación de 24 satélites transmitió señales en 1996 y desde entonces d fue decayendo para empezar a resurgir en los últimos años. El 1999 la Unión Europea decidió el desarrollo del istema Galileo, el primero civil, y que comenzará a operar entre el 2012 y el 2018 hina lanzo dos satélites en el año 2000 como parte de sus sistema de navegación experimental Beidou Los sistemas de navegación por satélite no solo se circunscriben al ámbito terrestre sino que existen estudios para ser desplegados en otros planetas como por ejemplo Marte. iudad de México (México) Page 10

11 Breve Historia de la Navegación por atélite istemas actuales o en desarrollo: GP GLON Galileo QZ W EGNO GGN e IRN Beidou y OMP iudad de México (México) Page 11

12 NVEGIÓN POR TÉLITE: IDE INTUITIV iudad de México (México) 12

13 Navegación por satélite: Idea Intuitiva iudad de México (México)

14 Idea Intuitiva Qué es GN? implemente: relojes precisos orbitando alrededor de la tierra Estos relojes son capaces de transmitir marcas de tiempo a través de señales electromagnéticas Qué es un receptor GN? implemente: otro reloj! Este reloj es capaz de recibir las marcas de tiempo transmitidas y compararlas con su propio tiempo Esto permite medir el tiempo necesario para la señal para cubrir la distancia entre el satélite y el receptor. iudad de México (México)

15 Idea Intuitiva Qué conseguimos entonces? El tiempo es distancia: las ondas electromagnéticas viajan a la velocidad de la luz i sabemos dónde estaba el satélite cuando la señal fue transmitida: PROBLEM IMPLE DE TRINGULIÓN iudad de México (México)

16 El problema 2D con un reloj de usuario sincronizado con el de los satélites Idea Intuitiva iudad de México (México)

17 Problemas Los relojes de los usuarios no están sincronizados 1 con el tiempo GP Los relojes de los satélites no están perfectamente sincronizados entre ellos La posición de los satélites no se conoce exactamente La señal se propaga de forma distinta dependiendo del medio Ionosfera y Troposfera Proceso de recepción Ruido Idea Intuitiva Un satélite adicional es necesario para sincronizar el reloj del usuario (4 satélites para el problema 3D) Errores de medida (ver después) 1 un mínimo error de 1ms implica un error de 300 Km! La sincronización se requiere al nivel del ns (10-9 s) iudad de México (México)

18 Idea Intuitiva Efecto del error en la medida De dónde provienen los errores del usuario? Detalles después Efecto de la geometría DOP iudad de México (México)

19 Observables Idea Intuitiva iudad de México (México)

20 Errores y eñales Qué son errores y qué señales? Lo que es un error para unas aplicaciones puede ser una señal para otras Los usuarios (clásicos) que quieren conocer la posición precisa del receptor deben compensar errores derivados de sincronización de relojes, atmósfera, ruido, etc. Usuarios interesados en la estimación de la ionosfera deben hacer desaparecer los términos geométricos! ómo eliminar los errores para conseguir las señales? Los errores pueden ser quitados, suavizados, modelados, estimados, o cualquier combinación de ellos. Eliminar errores: a través de diferenciación de datos algunos errores pueden ser cancelados: (e.g. datos iono-free usando medidas en dos frecuencias) uavizado de errores: Procesado y Filtrado de datos (carrier-smoothed pseudoranges) Modelizado de errores: Información a priori de algunas contribuciones (e.g. retraso troposférico) Estimación de errores: La contribución del error puede ser estimada dentro del propio proceso de estimación de la posición (e.g. estimación del retraso iudad de México (México) del reloj en paralelo a la estimación de la posición)

21 Idea Intuitiva Errores de medida Para el uso clásico de la navegación por satélite (cálculo de la posición de los usuarios), los errores más relevantes: Intrínseco al sistema: incronización de los relojes de los satélites Error en el conocimiento de la posición del satélite (error de efemérides) Propagación: Ionosfera: Modelo básico Usuarios bi-frecuencia Otras estimaciones Troposfera Recepción (usuario): Multipath Ruido en la recepción y proceso de correlación iudad de México (México)

22 Idea Intuitiva Prestaciones uáles son los factores clave de la precisión del GN? Recordar: errores del usuario = errores de medida del pseudo-rango * DOP Una buena precisión requiere por tanto: Buena geometría de los satélites respecto al usuario (DOP pequeño) Errores de medida pequeños: Eliminar errores de propagación; en particular ionosfera: señales bifrecuencia; modelos precisos Relojes de los satélites bien sincronizados Posición de los satélites conocida con precisión: Tracking preciso / minimizar efecto del multipath: Definición de la señal; receptores iudad de México (México)

23 DERIPION DE L PROBLEMÁTI iudad de México (México) 23

24 La región R/M está localizada en la región ionosférica ecuatorial iudad de México (México) 24

25 Fuentes principales de problemas asociadas a la ionosfera: Grandes valores del retraso ionosférico dependiendo de la actividad solar. la presencia de la anomalía ecuatorial, que hace todavía más complejo el modelado de la ionosfera e incluye fuertes gradientes. También existen burbujas ionosféricas que afectan a las prestaciones sobre todo a la complejidad del modelado en sistemas B y también en el caso de utilizar tecnología GP diferencial. la existencia en esta región de irregularidades de pequeña escala de la densidad electrónica de la región ionosférica F. Dichas irregularidades dan lugar a la aparición de centelleos en las señales recibidas las tormentas magnéticas en la ionosfera, aunque este efecto es global y puede producirse a cualquier latitud. Efectos equivalentes a anomalía ecuatorial iudad de México (México) 25

26 Efectos en GN global (GP): - Degradación de prestaciones de precisión (solución fase y código): - Monofrecuencia: - umento significativo del error en posición respecto a latitudes medias. - No se corrige la ionofera. Errores de navegación muy grandes. Hasta 30m en máximo solar. - modelos de GP muy básicos para regiones ecuatoriales. Dejan aproximadamente el 50% del error. - umento de ruido y pérdida de señal debido a centelleo - Bifrecuencia (L1/L2): - umento de ruido y Pérdida de señal debido a centelleo => Degradación de prestaciones - umento del DOP - umento del error - Indisponibilidad - L2 mucho más vulnerable que L1 iudad de México (México) 26

27 PRETIONE iudad de México (México) 27

28 Prestaciones Máximo olar: Maracaibo Venezuela (MRB) nálisis con escenario simulado (E2): Ionosfera máximo solar (datos reales) B: magicb Obtenidos con magicgemini Datos: 1 dia de duración Estación: Maracaibo-Venezuela (MRB) iudad de México (México) 28

29 Prestaciones Máximo olar: Maracaibo Venezuela (MRB) GP ONLY PREIION GP only error: Horizontal [-6:16 m] Vertical [0:30 m] iudad de México (México) 29

30 Prestaciones Máximo olar: Maracaibo Venezuela (MRB) GP ONLY PREIION GP error: ~VPE: promedio 12m, 20m (95%) iudad de México (México) 30

31 Prestaciones ctuales: aribe nálisis con datos reales con magicb real time Obtenidos con magicgemini Datos: 1 dia de duración (17/01/2012) Estación: La Parguera, Puerto Rico (PRMI) iudad de México (México) 31

32 Prestaciones ctuales: aribe GP ONLY PREIION HORIZONTL (N) GP only error: ~HPE: promedio 2,5m, 7m (95%), [-0.2,9m] iudad de México (México) 32

33 GP ONLY PREIION VERTIL Prestaciones ctuales: aribe GP only error: ~VPE: promedio 4m, 12m (95%), [-4.5,18m] iudad de México (México) 33

34 Prestaciones ctuales GN es una tecnología de moda gracias a: La evolución de la tecnología permite introducir en el mercado terminales atractivos y de bajo coste La precisión actual de GP permite proporcionar muchos servicios Las aplicaciones GP crecen: erviciós de Navegación ervicios de Localización Pero otros mercados de usuarios no están satisfechos Principalmente lo que buscan es: Mejoras de precisión (por debajo de un metro, incluso centímetros o milímetros) Fiabilidad Garantía de servicio Integridad La solución a esos problemas: en el siguiente capítulo iudad de México (México) 34

35 Gracias Marta ueto antamaría GMV iudad de México (México) 35