NAVSTAR/GPS : Sistema de navegación por satélite desarrollado por las fuerzas aéreas de EEUU.

Transcripción

1 NAVSTAR/GPS : Sistema de navegación por satélite desarrollado por las fuerzas aéreas de EEUU. En 1963 la Fuerza Aérea de los EE.UU. inició el "Proyecto 621B" para desarrollar un sistema de navegación tridimensional basado en satélites artificiales. Poco después la Marina de los EE.UU. emprendió otro proyecto similar conocido como "Timation". Ambos proyectos convergieron finalmente en el sistema NAVSTAR-GPS. El proyecto espacial más caro de la historia (unos millones de dólares). 1

2 OBJETIVOS: Servir como referencia espacial y temporal para las tropas militares. Dar cobertura en toda la superficie del planeta las 24 horas del día. El proyecto incluía 24 satélites, siendo el primero de todos lanzado en En 1991 quedó demostrada su potencialidad en la Guerra del Gofo Pérsico, a pesar de no estar 100% operativo. Debido al éxito de este campo de pruebas, y de la precisión alcanzada en la práctica, se aceleró el desarrollo final del proyecto. Determinación de la posición tridimensional Determinación tridimensional de la velocidad Determinación del tiempo exacto con un error de un microsegundo. Cobertura global las 24 horas del día. Alta fiabilidad. Gran precisión en todo tipo de condiciones atmosféricas. Versátil y válido para todo tipo de usuarios 2

3 En teoría se podría conocer la situación con un error de 3 cm. En la practica se consigue una precisión con un error de 3 metros. Se crean 2 tipos de servicio: SPS (Standard Positioning Service) : para usuarios civiles. PPS (Precise Positioning Service) : con fines militares. SPS introduce un error intencionado para conseguir 10 veces menor precisión que PPS (Disponibilidad Selectiva) Vamos a distinguir 3 segmentos: Segmento Espacial. Segmento de Control. Segmento de Usuario. 3

4 A. Segmento Espacial: Los satélites GPS se sitúan en 6 órbitas circulares semisíncronas con 4 satélites en cada órbita separados por 90º. Cada órbita está a una altitud de km sobre la Tierra con una inclinación de 55º respecto del ecuador. De esta forma se asegura una cobertura global ininterrumpida que permite la visibilidad de un mínimo de 4 satélites La energía eléctrica se obtiene de paneles solares que proporcionan 600 W. A. Segmento Espacial: Cada satélite lleva relojes atómicos de Cesio y Rubidio. El reloj de Cesio es más estable para periodos cortos de tiempo, El de Rubidio es mas estable para periodos largos. Como se precisan grandes estabilidades en ambos términos cada satélite lleva 2 relojes de Cesio y 2 de Rubidio funcionando a una frecuencia de MHz. La sincronización de los relojes y de las frecuencias del sistema GPS se realizan desde el Segmento de Control del sistema. 4

5 A. Segmento Espacial: Dada la gran exactitud precisada, hay que considerar los efectos relativistas provocados por la gran velocidad de los satélites y por la diferente gravedad existente a Km de la Tierra: Relatividad Especial: Debido a la velocidad relativa entre los relojes de la Tierra y los que están en los satélites, el reloj del satélite observado desde la Tierra va más lento de lo previsto. Establece que ciertas nociones que pensábamos absolutas, como las de distancia o intervalo temporal, son relativas, dependientes del observador. Albert Einstein publicó en 1905 la Teoría especial de la relatividad, que sostiene que lo único constante en el universo es la velocidad de la luz en el vacío y todo lo demás (velocidad, longitud, masa y paso del tiempo)varía según el marco referencial del observador. Relatividad General: El satélite está situado en un campo gravitatorio más tenue que en la Tierra, por lo que su reloj irá levemente más rápido que en la Tierra. Teoría de la relatividad (a menor atracción del campo gravitatorio, el tiempo transcurre más deprisa) La Teoría de la Relatividad nos dice que la gravedad no es una fuerza, sino que está relacionada con la curvatura del espacio tiempo Por tanto, a esa distancia, los relojes de los satélites van más rápido que los terrestres, por lo que aquí en la tierra se fijan a una frecuencia menor ( Hz). B. Segmento de Control: Consiste en tres partes principales: La estación central en Colorado Springs (EE.UU.) que reúne la información de las estaciones de monitorización repartidas por todo el mundo. Realiza los cálculos correspondientes para que todo se desarrolle según la planificación y que todos los parámetros estén dentro de las tolerancias. Genera el mensaje de navegación y lo retransmite a los satélites para que éstos los difundan a los usuarios. (Hay una alterna) Estaciones de monitorización. Distribuidas por todo el mundo. Disponen de precisos relojes atómicos y equipos receptores especiales que les permiten detectar derivas en los relojes o modificaciones en la calidad de los datos. Antena terrena del enlace "up-link" que comunica con los satélites en la banda S. 5

6 B. Segmento de Control: Hay 16 estaciones de monitoreo a travez del mundo, incluyendo seis de la Fuerza Aerea y 10 de la Agencia Nacional de Inteligencia Geoespacial (National Geospatial-Intelligence Agency (NGA)). B. Segmento de Control: 6

7 C. Segmento de Usuario: El segmento de usuario consiste en los aparatos receptores sobre la Tierra. El equipo de usuario es un dispositivo pasivo en el sentido de que sólo recibe información de los satélites, cuya misión es obtener la señal de los satélites, la demodulan y extraen la información de efemérides de los satélites, de correcciones, etc. y presentan la información al usuario final El sistema GPS permite que la localización de cada usuario la conozca solamente el usuario debido a que no se emite ningún tipo de señal, con lo que la privacidad del servicio se garantiza Si utilizamos sólo un satélite y conocemos su posición y la distancia que nos separa sabremos nuestra posición en un área de incertidumbre que es geométricamente una esfera. Si disponemos de dos satélites y conocemos sus posiciones y las dos distancias podremos determinar nuestra posición a lo largo de una circunferencia Satellite A Satellite B 7

8 Si conseguimos contar con otro satélite más podremos determinar nuestra posición en uno de los dos puntos en que se cortan las tres esferas. Satellite A Satellite B Satellite C Si conseguimos contar con otro satélite más podremos determinar nuestra posición exacta. Satellite D Satellite B Satellite A Satellite C 8

9 Desarrollado por los fabricantes de receptores civiles. Las técnicas de GPS diferencial se utilizan para eliminar los errores introducidos por la disponibilidad selectiva y otras fuentes de error. Se requiere que un receptor GPS esté situado en una posición cuidadosamente medida (Estación Base). Se consiguen precisiones de hasta 2 metros. Repostaje en vuelo bajo condiciones de visibilidad nulas. Dirección de misiles autónomos. Localización y control de tropas en operaciones militares remotas. Estabilización y orientación respecto a la Tierra de la estación espacial internacional. Localización de aeronaves en aeropuertos, lo que permitiría un posible sistema de aterrizaje a ciegas o incluso automático. Medida precisa de distancias. Geodesia e investigación climática, medida de la dinámica tectónica del planeta...etc. 9

10 Errores en el reloj de los satélites Errores en la información de la órbita del satélite (ephemeris) Retardos de propagación introducidos en la troposfera Retardos introducidos por la ionosfera. Reflexiones en las superficies situadas en las proximidades del receptor pueden suponer errores de hasta 0,5m. Errores en el bloque de control debidos a fallos humanos o en las computadoras. Errores del usuario, incluyendo la selección errónea del modelo de geoide, pueden causar errores desde 1m hasta cientos de metros. Errores del hardware o el software del receptor Efecto GDOP (Geometric Dilution Of Precision). GDOP elevado GDOP bajo 10

11 Otros Sistemas SNS (Sistemas de navegación satelital) A. GPS in USA B. GLONASS program from Russia C. GALILEO from European countries MANUAL:

12 MANUAL: Waypoint Posición discreta que está referida por unas coordenadas, y está identificada por un nombre. En algunos receptores, un Waypoint está además asociado a un icono gráfico y a un comentario. En otros, se le puede asociar además la fecha y la altura. También podría definirse como una representación de un punto de la Tierra que se puede almacenar en un receptor GPS en forma de coordenadas geográficas precisas. Track Camino, sendero, rastro, estela. El significado de Track es tan rico en el mundo del GPS que no hay una palabra adecuada en español que la pueda sustituir. Hace referencia al mismo tiempo al rastro o estela del camino por el que hemos ido navegando, como al camino o sendero que podemos diseñar en previsión de un viaje inmediato o futuro. Un símil que ayuda a entenderlo es el de las migas de pan. Es exactamente lo mismo que ir tirando migas de pan electrónicas a medida que voy marchando por un camino por largo que sea. Al final las tengo dibujadas y tiene la ventaja de que los pájaros no pueden comérselas. MANUAL:

13 Trackback Posibilidad que tiene un GPS de mirar y volver hacia atrás en lugar de hacia delante. Útil para volver al último lugar conocido cuando te pierdes al intentar ir al siguiente punto y no lo consigues por la circunstancias que sea. Tracklog Es la función utilizada cuando un receptor GPS graba según unos parámetros de tiempo el Track por el que vamos transitando y en cualquier momento podemos guardarlo con un nombre para posteriormente volverlo a repetir. Hay que acordarse de que esta función debe estar activada, sino no podremos utilizarla. Ruta Sucesión de Waypoints que definen un camino. Los GPS's pueden navegar por una ruta, dirigiéndose desde el primer Waypoint (punto de origen) hasta el último (destino) de una forma ordenada, pasando por todos y cada uno de los Waypoints que la constituyen, pero teniendo en cuenta que la navegación propuesta de punto a punto es en línea recta. No debe confundirse con el término popular. Dátum Universal: WGS-84 Cuando se creó el GPS era necesario dar un origen de coordenadas único para todo el mundo y se creó el WGS (World Geodesic System) y se le incorporó el Dátum WGS-74 (World Geodetic Survey) que luego se mejoró y pasó al WGS-84. Proporciona coordenadas geográficas y geodésicas así como la altura

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