Se confronto el inconveniente del modo de hacer la comparación de los distintos sistemas de medición satelital actuales que integran un GNSS.

Transcripción

1 RESUMEN GNSS (Global Navigation Satellite System), es el acrónimo que se refiere al conjunto de tecnologías de sistemas de navegación por satélite que proveen de posicionamiento geoespacial con cobertura global de manera autónoma. Un receptor de GNSS es capaz de determinar su posición en cuatro dimensiones (longitud, latitud, altitud, y tiempo), lo que ha dado lugar a multitud de aplicaciones civiles y militares. Los orígenes del GNSS se sitúan el los años 70 con el desarrollo del sistema militar estadounidense GPS (Global Positioning System). Luego la ex Unión Soviética (hoy Rusia), desarrolla su propio sistema de navegación por satélite llamado GLONASS (Global Orbiting Navigation Satellite System), en el cual estos dos sistemas constituyen hoy en día al GNSS. Los futuros sistemas que se incorporarán al proyecto son el que representa la Unión Europea, llamado GALILEO, el propuesto por Japón, QZSS, el perteneciente a la República de China, BEIDOU (Compass), mas el sistema regional propuesto por la India el IRNSS. También el sistema GNSS está incorporado por sistemas de aumentación satelital (SBAS), en lo que se puede nombrar a WAAS (EEUU), EGNOS (UE), MSAS (Japón), GAGAN (India), SNAS (China) y SACCSA (Caribe, América Central y Sudamérica). Y una extensa red de antenas terrestre (GBAS). En este trabajo se estudia el estado del arte de los sistemas GNSS: abordando distintos aspectos de dicha tecnología, así como su composición y funcionamiento, posibles fuentes de error o aplicaciones. Se presentaran también los distintos sistemas existentes en la actualidad y futuros proyectos. El objetivo principal es hacer un análisis exhaustivo y comparativo del funcionamiento del sistema GNSS (GPS + GLONASS) en el ambiente Topográfico, llevando a la práctica de campo lo que indica la teoría de sus ventajas con respecto a su antecesor el GPS, tanto en planimetría como en altimetría. ABSTRATC GNSS (Global Navigation Satellite System), is the acrónimo that refers to the set of system technologies of navigation for satellite that they provide with positioning geoespacial with global coverage of an autonomous way. GNSS's recipient is capable of determining his position in four dimensions (length, latitude, altitude, and time), which has given place to multitude of civil and military applications. The origins of the GNSS place the 70`s with the development of the military American system GPS (Global Positioning System) Then the Ex-Soviet Union (today Russia), he constructs his own system of navigation for satellite called GLONASS (Global Orbiting Navigation Satellite System), which these two systems constitute nowadays the GNSS. The future systems that were joining will be the one that represents the European Union, called GALILEO, the proposed one for Japan, QZSS, the belonging one to the Republic of China, BEIDOU (Compass), mas the regional system proposed by the India the IRNSS. Also the system GNSS is incorporated by systems of increase satelital (SBAS)), in what it is possible to nominate WAAS (the) (USA), EGNOS (EU), MSAS (Japan), GAGAN (India), SNAS (China) and SACCSA (Carib, Central America and South America). And an extensive terrestrial network of antennas (GBAS). In this work there is studied the condition of the art of the systems GNSS: approaching different aspects of the above mentioned technology, as well as his composition and functioning, possible sources of mistake or applications. They were presenting also the different existing systems at present and future projects. The principal aim is to do an exhaustive and comparative analysis of the functioning of the system GNSS (GPS + GLONASS) in the Topographic environment, taking to the field practice what indicates the theory of his advantages with regard to his predecessor the GPS, both in mapping and in altimetry.

2 INTRODUCCIÓN Desde que en 1957 el lanzamiento del Sputnik-1 supuso el comienzo de la era de los satélites artificiales y su posterior uso en aplicaciones para el interés de la comunidad mundial, la tecnología ha avanzado en este aspecto de manera espectacular, y uno de los campos en los cuales se ha manifestado especialmente dicho avance, es en las aplicaciones que conciernen a las ciencias de la Tierra, y dentro de ellas, de manera notable en el estudio de su forma y dimensiones (Geodesia), así como, en el estudio de los fenómenos físicos que afectan y condicionan dicha forma y dimensiones (Geofísica). Dentro de los grupos de Sistemas de Geodesia Espacial, destacan la Constelación NAVSTAR (Navegación por Satélite en Tiempo y Distancia) y la Constelación GLONASS (Sistema Global de Navegación por Satélite). Ambas constelaciones fueron creadas por los Departamentos de Defensa de los Estados Unidos y Rusia, respectivamente, y sus principal cometido era poder posicionar un objeto en la superficie de la Tierra a través de las señales emitidas en forma de ondas de radio por los satélites de dichas constelaciones, que dicho objeto procesaba en la superficie, determinando así su posición con una precisión en función del tipo de información recibida, tiempo de recepción y condiciones de la emisión. Este posicionamiento se produce sobre un sistema de referencia inercial cartesiano, que en el caso de usar la constelación americana NAVSTAR corresponde al sistema WGS-84, y en el caso de usar la constelación rusa GLONASS corresponde al sistema PZ-90. A principios de los años 80s, se empezaron a utilizar estos métodos para aplicaciones de índole civil, tales como actividades de navegación aérea, marítima y terrestre, lo que supuso un importante avance en la organización y el estado de los transportes y comunicaciones mundiales. La investigación y el tratamiento de estos sistemas de posicionamiento por satélite, ha llevado en la actualidad a que sean utilizados para fines científicos, destacando el estudio de la Atmósfera terrestre, de sus capas, fenómenos, y muy especialmente para el estudio de la Ionosfera, desconocida en muchos aspectos y con una gran influencia sobre los distintos fenómenos que ocurren en nuestro planeta. Pero quizá, las aplicaciones en las cuales estos sistemas han calado más hondo son la Geodesia y la Topografía, a partir del descubrimiento de que dichos sistemas de posicionamiento podían aportar las precisiones requeridas para el desarrollo de estas disciplinas y su aplicación en el desarrollo de infraestructuras, cartografía, dimensionamientos, sistemas de información geográfica, estudios de movimientos y deformaciones, y para fines más expeditos como la navegación y el ocio. Es por ello que constituyen, hoy por hoy, unos de los sistemas de medida más usados y con mayores expectativas de futuro. Este hecho los obliga a estar en continua evolución para que la comunidad mundial obtenga resultados cada vez más satisfactorios. Pero es esta comunidad, y en concreto los profesionales de las materias afectadas, los que deben disponer de la documentación y experiencias necesarias para llegar a dominar estos métodos de trabajo y obtener de ellos el máximo rendimiento. El objetivo de este trabajo final de carrera no es otro que orientar de forma básica a los usuarios de estos sistemas e invitar a los futuros usuarios a calar en su funcionamiento y posibilidades de desarrollo, tratando al campo de la medición por satélite como una poderosa herramienta de trabajo, y que hoy por hoy, se está convirtiendo en el método más usado por su precisión y rapidez en los campos antes reseñados, siendo este el motivo por el cual no debe pasar desapercibido por ninguno de nuestros profesionales

3 OBJETIVOS Con el único objetivo con que se afronto este trabajo final de carrera, era poder desarrollar conocimientos relacionados con el Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS), en el campo de la Topografía y Geodesia. Nace esta idea, debido a que para la Escuela de Agrimensura de nuestra Facultad no contaba con un trabajo que tratase el tema tanto en la teoría como en la práctica. Esta iniciativa se origina por la adquisición de un equipo satelital simple frecuencia y doble constelación, bajo estas condiciones se decide afrontar el desafío que teníamos enfrente de nosotros. Esto también marca la gran importancia para la cátedra de Trabajo Final en el tratamiento del tema, para tener en sus archivos facultativos un primer trabajo que desarrollaba el GNSS, dando el punta pie inicial para nuevas y más profundas investigaciones. Se confronto el inconveniente del modo de hacer la comparación de los distintos sistemas de medición satelital actuales que integran un GNSS. Para llegar a las exigencia que se merece éste análisis, se necesita hacer un estudio exhaustivo en forma individual de la técnica de medición satelital vigente, la cual está integrada por sus antecesores GPS, GLONASS y por el futuro proyecto GALILEO. Incorporando información necesaria para el conocimiento, alcances, técnicas de medición y procesamiento de los datos obtenidos, para construir un ideal de cuales son los limites de los sistemas globales de navegación por satélites. Construyendo un ideal si es conveniente el uso de estos equipos de gran avance tecnológico, para incrementar una precisión dada en las mediciones de campo del profesional actuante. METAS La Meta ha lograr con éste trabajo, es hacer una descripción de los pasos para lograr sentenciar los objetivos previamente descriptos, haciendo todo un estudio de campo y gabinete con innumerables métodos y técnicas de mediciones. Se necesita hacer un levantamiento topográfico de los puntos que intervienen en el análisis, ello es, utilizar diferentes técnicas que involucran la actividad de un Ingeniero Agrimensor, ya sea en la parte planimétrica como en la altimétrica, a saber: 1. Sobre un sistema de apoyo, el cual pertenece a la Universidad Nacional de Córdoba, confeccionar un levantamiento planimétrico con GNSS y hacer su comparación con mediciones previamente practicadas con GPS y Estación Total. 2. Sobre una red de puntos ubicados en la localidad de Agua de Oro, en la cual poseen cotas obtenidas a través de nivelación geométrica, efectuar un levantamiento altimétrico en GNSS y GPS, para luego su contralor. Este análisis que contempla ventajas y desventajas del Sistema Global de Navegación por Satélite, se transmitirán los resultados obtenidos, para que el profesional puede desempeñarse con un mayor abanico de posibilidades dentro del ámbito laboral, ayudando a la decisión de qué, cómo y cuáles son estos equipos, con un gran avance tecnológico, para un mejor aprovechamiento en la práctica de la Agrimensura

4 CAPITULO 1 MARCO TEORICO El en presente informe se pretende hacer un estudio exhaustivo y comparativo de los distintos sistemas de medición satelital en el campo de la topografía y geodesia, con el fin de corroborar y alentar la idea del uso de los sistemas GNSS en al ámbito laboral que participa un profesional de la topografía como es el Ingeniero Agrimensor. Para tal fin, se formulara una capitulación cronológica de cómo surgieron estos sistemas satelitales, su evolución, como en la actualidad están formados y sus futuros logros. Este capitulo introductorio esta dedicado a exponer el funcionamiento del Sistema de Navegación Global por Satélite (GNSS), exhibir sus características, prestaciones, aplicaciones, objetivos, etc. SISTEMAS GLOBALES DE NAVEGACIÓN POR SATÉLITE 1.1. INTRODUCCIÓN Los Sistemas Globales de Navegación por Satélite son, en pocas palabras, un conjunto de elementos que tienen por objetivo permitir la localización en tiempo real de un usuario situado en cualquier lugar del ámbito terrestre, en cualquier momento y bajo cualquier condición meteorológica permitiendo, así mismo, la diseminación de tiempos precisos. Constan, básicamente, de una constelación de satélites orbitando alrededor de la Tierra en una órbita media ( Km. de altitud) que emiten señales con las que el receptor puede estimar tanto la distancia como la posición de estos satélites y, mediante trilateración, calcular la suya propia. Se trata de sistemas pasivos ya que no necesitan interactuar con cada receptor sino que es este último el que, simplemente recibiendo la señal, es capaz de realizar todos los cálculos de manera independiente. Esta unidireccionalidad hace que estos sistemas sean accesibles a un número ilimitado de usuarios. Actualmente existen dos Sistemas Globales de Navegación por Satélite activos: El Sistema de Posicionamiento Global (GPS, Global Positioning System) de los Estados Unidos de América El Sistema Orbital Mundial de Navegación por Satélite (GLONASS, Global Orbiting Navigation Satellite System) de la Federación Rusa Son los únicos que forman parte del concepto GNSS. Luego con aspiraciones de integrar este concepto esta el proyecto la Unión Europea GALILEO con un gran avance en su desarrollo, logrando acoplarse a este proyecto aproximadamente en el año Como proyecto a largo plazo se presentan Sistemas de Navegación Satelital que podrían ser o no adoptados internacionalmente para formar parte del GNSS y que están en proceso de desarrollo, ellos son: El BEIDOU, COMPASS o BNTS (BeiDou/Compass Navigation Test System) de la República Popular China El QZSS (Quasi-Zenith Satellite System) de Japón El IRNSS (Indian Regional Navigation Satellite System) de la India

5 1.2. ANTECEDENTES DE RADIONAVEGACIÓN Y NAVEGACIÓN POR SATÉLITE Los orígenes de la radionavegación datan de la segunda guerra mundial con el desarrollo de los sistemas GEE en Gran Bretaña y LORAN en Estados Unidos, en el cual utilizaban radiotransmisores de baja frecuencia (100 Khz.) terrestres en vez de satélites. Ambos están basados en calcular la diferencia de tiempos con la que llegan las señales provinentes de un mínimo de tres transmisores sincronizado. Estos sistemas difundían un pulso de radio desde una localización "maestra" conocida, seguido por pulsos repetidos desde un número de estaciones "esclavas". El retraso entre la recepción y el envío de la señal en las estaciones auxiliares era controlado, permitiendo a los receptores comparar el retraso entre la recepción y el retraso entre enviados. A través de este método se puede conocer la distancia a cada una de las estaciones auxiliares. El primer sistema global de radionavegación con disponibilidad continua, bautizado como OMEGA, comienza a usarse en la década de los 70 con la finalidad principalmente militar, de determinar la posición de barcos. La precisión del sistema era de unos 2 a 4 Km SISTEMAS DE RADIONAVEGACIÓN: SISTEMA VOR Es un sistema de navegación de corto y medio alcance en VHF. Actualmente, es el sistema más empleado en todo el mundo para la navegación, basándose en una importante y cada vez más extensa red de aerovías. Constituye, por otra parte, una ayuda para las proximidades instrumentales, aunque sean de no precisión. Los sistemas VOR constan de una instalación en tierra, emisor y antena y una instalación a bordo de la aeronave, compuesta por una antena, un receptor, un servoamplificador y un indicador EQUIPO DE TIERRA. PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO La operación de un equipo VOR de tierra esta basada en la diferencia de fase entre dos señales que emite: una de referencia y otra variable. La fase de referencia, de 30 Hz., es omnidireccional, es decir, se transmite desde la estación en forma circular, permaneciendo constante en todos los sentidos. Esta señal de referencia modula en frecuencia a una onda subportadora de Hz., la cual modula a su vez en amplitud a la portadora. La fase variable, también de 30 Hz., modula en amplitud a la onda portadora y se transmite a través de una antena direccional, que gira a una velocidad de rpm. El VOR emite un numero infinito de haces que pueden verse desde la estación, como si fuera los radios de una rueda. Estos haces son conocidos como radiales y se identifican por su marcación magnética de salida de estación. Los radiales de un VOR son infinitos, pero el equipo de abordo es capaz de diferenciar 360 de ellos. En una estación de VOR, un sistema de monitores y dos transmisores, aseguran un servicio continuo de funcionamiento. Si la señal del equipo se interrumpe por cualquier causa, o varían sus fases, el sistema de monitores desconecta el equipo defectuoso, conectando a su vez un transmisor auxiliar y excitando una alarma en el panel de control que indica un fallo en el sistema. El equipo transmisor trabaja en VHF en la banda de 112 Mhz a 118 Mhz, en frecuencia que termina en décimas pares o impares, y centésimas impares. Se podrán usar frecuencias comprendidas entre 108 y 112 Mhz, cuando: 1 Misra y Enge, o Se usen en VOR de cobertura limitada únicamente o No se usen solo frecuencias que terminen bien en décimas pares o centésimas impares de Mhz o No se utilicen estas frecuencias para el sistema ILS o No ocasionen interferencias al ILS - 5 -

6 Las distintas estaciones de VOR se clasifican por su altitud y distancia libre de interferencias a la que pueden recibir. Existen dos criterios sobre el particular: el americano y el de OACI. La clasificación americana de la F.A.A (Federal Aviation Administration) es la siguiente: o T-VOR. VOR : Terminal o de recalada o L-VOR.VOR: de baja altitud o M-VOR.VOR: de medio alcance o H-VOR.VOR: de gran altitud Los alcances de los distintos tipos de VOR no deben confundirse con una mayor o menor potencia de emisión de las estaciones de tierra, pues ésta es prácticamente la misma para todos, situándose alrededor de los 200 w EQUIPO DE A BORDO DE LA AERONAVE Cuatro son los componentes del equipo de a bordo del sistema VOR. Estos son: o ANTENA o RECEPTOR o SERVOAMPLIFICADOR o INDICADOR ANTENA: cabe destacar su forma en V, su ubicación es siempre en el estabilizador vertical de cola o en la parte superior del fuselaje. Su misión consiste en recibir las líneas de flujo electromagnético emitidas por la estación de tierra y transmitirlas al receptor. RECEPTOR: la función del receptor consiste en interpretar o medir, con ayuda de los indicadores, la diferencia de fase entre las dos señales, la e referencia y la variable, emitidas por el equipo de tierra. SERVOAMPLIFICADOR: la energía electromagnética llega desde el emisor de tierra hasta la antena de a bordo. Desde allí es enviada al receptor, donde es convertida en impulsos eléctricos. Estos impulsos no bastaran para producir las deflexiones necesarias en indicador de VOR, por lo que se tienen que ser tratados por un servoamplificador. Una vez amplificados los impulsos ya pueden ser transmitidos al indicador. INDICADOR: la función única de indicador del VOR, es mostrar al piloto su situación con respecto a la estación de tierra en cualquier momento. La información es clara y precisa y da, constantemente indicaciones de mando, o de que debe hacer el piloto, para mantener a la aeronave sobre una ruta determinada SISTEMA TACAN TACAN (Tactical Air Navigation), es un tipo de ayuda a la navegación de uso militar. La información que proporciona al piloto es la de azimut y la distancia con respecto a la instalación de tierra, dando pues, en cada instante, la posición del avión. El equipo de tierra esta constituido por un receptor - transmisor y una antena giratoria para la transmisión de información de marcaciones magnéticas y la distancia. La distancia la recibe el piloto a través de su equipo radio telemétrico (DME). El TACAN trabaja en UHF y puede ser sintonizado en uno de los 126 canales que le han sido asignados a este tipo de radioayuda. Los canales van espaciados 0.5 Mhz. 2 FORSSELL, BÖRJE: Radionavigation systems. Prentice Hall TETLEY, L., CALCUTT, D.: Electronic Aids to navigation. Edward

7 La identificación de las estaciones TACAN es auditiva, en código MORSE, y esta compuesta por tres letras que se repiten una vez cada 30 segundos. La cobertura del equipo es similar a la del VOR y su exactitud puede calibrarse en ± 1 El cono de silencio en los TACAN es muy grande, del orden de 13 o 15 NM a Por ello, y para evitar errores, únicamente se considera pasada la estación, cuando el equipo DME indique un incremento de distancia. Los indicadores de abordo que usa el equipo TACAN, son los mismos que los utilizados para el VOR SISTEMA VORTAC El VORTAC es una radioayuda que combina las funciones del VOR y de los TACAN, y transmite información en azimut en VHF y UHF y de distancia en UHF. De esta manera, tanto las aeronaves equipadas con VOR, DME, TACAN, recibirán información de azimut y distancia al VORTAC SISTEMA LORAN El Long Range Navigation, LORAN es un sistema de navegación hiperbólica radioeléctrico de largo alcance, que opera en baja y media frecuencia. Este equipo proporciona información de posición midiendo la diferencia de tiempo en microsegundos, entre la llegada de dos señales de radio desde dos estaciones transmisoras de tierra. Para navegar con el sistema LORAN es necesario sintonizar dos grupos de estaciones en tierra. Cada uno de ellos esta constituido por dos equipos emisores que reciben el nombre de estación primaria y estación secundaria. Lógicamente, cada grupo de estaciones LORAN emitirá en frecuencias distintas. Centrándose el estudio en uno de los grupos transmisores, el proceso seguido es el siguiente: la estación principal del grupo LORAN emite ondas electromagnéticas de radio que son captadas por el avión o embarcación y por la estación secundaria, la cual envía sus propias señales hacia la aeronave. Las señales que lanza la estación principal llegan al equipo de abordo antes que las de la estación secundaria, con una diferencia de tiempo tal, que dependerá de la posición del avión o embarcación. El receptor LORAN analizara la diferencia de tiempo entre las dos señales. Esa diferencia de tiempo determinara una línea que debido a la posición relativa de las estaciones principal y secundaria, y al recorrido que deba efectuar las ondas hasta llega al avión, tendrá la forma de una hipérbola. La aeronave puede estar situada en cualquier punto de la hipérbola. Pues en cada uno de sus puntos, la diferencia de tiempo en la llegada de las señales de las estaciones LORAN, es constante. Para conocer exactamente la posición del avión sobre la hipérbola será necesario sintonizar otro grupo LORAN para llevar a cabo el mismo procedimiento. Una vez hallada la nueva diferencia de tiempos, sobre la carta de navegación, podrá buscarse otra línea hiperbólica, correspondiente al grupo últimamente sintonizado, que este de acuerdo con la diferencia de tiempos determinada por el receptor de a bordo. El equipo LORAN consiste en un receptor de baja y media frecuencia y una pantalla de rayos catódicos en la cual aparecen una serie de líneas producidas por la recepción en el avión de las ondas lanzadas desde tierra. Con una plantilla especial se mide la diferencia de tiempos ente las señales representadas en la pantalla. 4 3, 4 FORSSELL, BÖRJE: Radionavigation systems. Prentice Hall TETLEY, L., CALCUTT, D.: Electronic Aids to navigation. Edward

8 SISTEMA ADF Uno de los sistemas de radio navegación mas antiguos es el ADF (Automatic Direction Finder) por el nombre de su equipo en tierra NDB. Su funcionamiento se basa en la determinación de la dirección de llegada de las ondas de radio emitidas desde el radio faro ubicado en tierra NDB. El concepto básico de radio compás es el de un indicador en el instrumento de cabina que apunta hacia la estación y muestra así la posición de la punta del avión con las estación. Esta relación se conoce como marcación relativa. Independientemente del rumbo del avión, la aguja indicadora mostrara la marcación relativa. El indicador del NDB estará centrado cuando el avión se encuentre sobre el radial seleccionado, pero independientemente del rumbo. La aguja del ADF estará en el centro solamente cuando la estación este justo enfrente de la cabina del avión. De esta forma, lo fundamental de esta radio ayuda, es que proporciona información sobre la dirección en que se encuentra la estación. El ADF constituye un apoyo a la navegación de sistemas que operan en VHF, y por lo tanto, podrá usarse cuando este tipo de navegación basada en onda de alcance visual no es posible. El radio compás al trabajar en las bandas LF y M F recibe las señales emitidas por los NDB en ondas de tierra. Este equipo se usa para la identificación de posición, para recibir comunicaciones en baja y media frecuencia, seguimiento de las rutas magnéticas y como procedimiento de aproximación instrumental de no rescisión. La composición del equipo consta de dos partes bien definidas: o Equipo de tierra: NDB o Equipo de abordo: ADF El equipo de tierra es un transmisor convencional MF que funciona a una frecuencia en la banda de 200 Khz. a 500 Khz., que emite una portadora interrumpida modulada en intervalos regulares por un tono que da el indicativo de la radiobaliza en el código de MORSE. El equipo de abordo consta de 4 componentes o Sistemas de antenas o Receptor o Servoamplificador o Indicador ANTENAS: las antenas típicas varían desde antenas en T de 25 m de altura y 50 m de longitud para radiofaros de largo alcance, a torres de 10 m aisladas de tierra y antenas whip que varían de 10 a 20 m de longitud. Los parámetros que afectan el rendimiento de un sistema de antenas cortas es el sistema de puesta a tierra. Las antenas cortas presentan una resistencia a la radiación extremadamente baja. La resistencia de tierra depende de la extensión del sistema de puesta a tierra, la naturaleza y humedad del suelo. La antena de sentido consiste en despejar el error de ambigüedad que tiene la antena loop. Esta antena puede instalarse tanto en el interior como en el exterior de la aeronave. Si va colocado en el exterior, dicha antena va desde un aislante en la cabina hasta el estabilizador vertical de cola. Cuando las señales de la antena loop y la antena de sentido se suman, resulta que una de las posiciones de nulo de la primera desaparece. Queda pues, solo una posición nula que indicara el sentido de la estación emisora. Se ha logrado con esta suma la determinación de la dirección y el sentido en el que se encuentra la estación de tierra. RECEPTOR: es el equipo capaz de transformar la energía electromagnética recibida, en energía eléctrica, cuya amplitud esta en función de la posición relativa de la antena receptora respecto de la trayectoria de - 8 -

9 propagación del campo electromagnético procedente del transmisor de tierra, que va instalado en uno de los paneles de la cabina y debe ser de fácil acceso. SERVOAMPLIFICADOR: consiste en un amplificador de impulsos eléctricos que le llegan y transmitirlos a los indicadores. De esta manera, la aguja indicadora ya es sensible a las señales eléctricas que recibe. INDICADORES: existen dos tipos de indicadores de radiocompás: el de carta fija y el de carta móvil o RMI. Ambos son accionados por el mecanismo transmisor y muestran la posición angular de la antena loop en relación con el eje longitudinal del avión. El indicador de carta fija es una rosa graduada en 360 con señales para las divisiones de 5 y 10. Los rumbos cuadrantes se representan por el símbolo del punto cardinal. El índice de 90 vendrá señalado por la lectura correspondiente a 180 por la letra S, el de 270 por la letra W y el de 360 por la letra N SISTEMA INERCIAL (INS) Este es un sistema de navegación autónomo, que se basa su funcionamiento en las fuerzas de inercia, dando constantemente información de posición del avión y parámetros tales como TAS, rumbo, deriva y velocidad del viento entre otros. Todo el proceso se realiza a través de una plataforma inercial sensible a los movimientos del avión con respecto a la superficie terrestre. Esta plataforma, o unidad de referencia inercial, envía información a un computador que la presenta en los instrumentos de navegación. Los elementos básicos son: o Unidad de navegación (UN): la navegación e infamación de actitud del avión se lleva a cabo por medio del UN, que a su vez puede subdividirse en : 1. Unidad de referencia inercial 2. Unidad electrónica de referencia inercial 3. Unidad computadora electrónica o Unidad selectora de modos (MSU): el modo de operación del sistema inercial, se selecta a través del MSU. o Unidad de control (CDU): la unidad de control esta compuesta por un teclado, visor digital y un selector de información que proporciona datos como alineación, navegación, sistema operacional, etc. o Unidad de baterías (BU): alimentan al sistema en caso de fallo de las fuentes primarias de energía SISTEMA OMEGA Este es un sistema radioeléctrico de navegación englobado en el área de navegación y que por consiguiente disfruta de sus ventajas. Aunque NO ES UN SISTEMA autónomo como en INS, sus caracteres operacionales son muy parecidos. El equipo de abordo esta constituido por las antenas, la calculadora de navegación y los indicadores, siendo estos dos últimos componentes similares a los usados por el sistema inercial. El equipo de tierra consta de una red de 9 estaciones transmisoras distribuidas de tal manera, que puedan proporcionar una señal de cobertura mundial. 5, 6 FORSSELL, BÖRJE: Radionavigation systems. Prentice Hall TETLEY, L., CALCUTT, D.: Electronic Aids to navigation. Edward

10 Estas estaciones transmiten una señal de fase estable en la banda de VLF, a causa de la baja frecuencia de la emisión, las señales tienen un alcance de miles de kilómetros. Las nueve estaciones están situadas en Transmisor Omega Bratland: Noruega, desmantelada en Transmisor Omega Trinidad: Trinidad, aún permanecería en pié. Transmisor Omega Paynesville: Liberia, aún de pié y que llegó a ser la estructura más alta de África con 417 metros de altura, cesó su servicio en Transmisor Omega Kaneohe: Hawai, inaugurada en 1943 como un transmisor en VLF para comunicaciones submarinas y usaba como antena un cable que se extendía sobre el valle Haiku. A finales de los 60 se transformaron en un transmisor para el sistema de navegación OMEGA. Transmisor Omega La Moure: North Dakota, USA. Usaba una antena de 365 metros. Desde que dejó de funcionar el sistema de navegación OMEGA se usa para transmisiones submarinas en la banda VLF. Transmisor Omega Chabrier: Isla Réunion. Con un mástil de 428 metros de altura. El mismo fue demolido en 1999 con explosivos. Transmisor Omega Trelew: Chubut, Argentina. Usaba una antena de 450 metros de alta y fue demolida usando dinamita el 23 de Junio de 1998 dando por finalizado el sistema de navegación Omega. Transmisor Omega Woodside: Australia. Con una altura de 432 metros es una de las construcciones más alta del hemisferio sur. Su construcción original estaba planeada en Nueva Zelanda pero diversas protestas allí hicieron que su construcción se trasladara a Australia. Transmisor Omega Tsushuima: Japón. Alcanzaba los 383 metros y fue desmantelada en Cada estación transmite en cuatro frecuencias básicas de navegación consecutivamente: 10,2 Khz., 11,3 Khz. y 13,6 Khz. Esta transmisión en cuatro frecuencias previene la interferencia de señales entre las estaciones, y esta programada de tal modo que durante cada intervalo en la transmisión de una estación, solo otras tres están emitiendo cada una en distinta frecuencia USO OPERACIONAL DEL OMEGA La red Omega de estaciones proporciona señales para la navegación con una exactitud de ± 2 NM dependiendo del grado de sensibilidad del equipo receptor - procesador de a bordo (computadora de navegación). Como ya se ha dicho, esta es muy similar a la usada por el sistema inercial. Mediante la sintonización de las estaciones de tierra, el equipo de abordo puede llevar al avión a cualquier posición que haya programada el piloto en forma de coordenadas geográficas. La presentación de las rutas a seguir se hace en instrumentos indicadores, siendo el más usado para ello el HSI. Las radio señales de las estaciones Omega pueden ser afectadas por algunas variables que pueden influir en la fidelidad de las mismas. Estas variables incluyen la variación de la velocidad de la fase de la señal durante el día, la absorción de las capas atmosféricas polares y las perturbaciones ionosféricas propiciadas por la actividad solar. Así como la variación diurna de la fase puede ser compensada por el equipo de a bordo, un exceso de actividad solar y su efecto sobre la propagación de las señales del Omega, no tienen corrección posible. Cuando se detecta una alteración en la ionosfera, los organismos apropiados se encargan de hacerlo conocer a través de los correspondientes Notam. A los 16 minutos después de cada hora una estación preparada a tal efecto en USA, emite información acerca del estado operacional de cada una de las estaciones OMEGA. A los 47 minutos después de cada hora, la estación OMEGA de Hawai emite una información similar SISTEMA DOPPLER 7 FORSSELL, BÖRJE: Radionavigation systems. Prentice Hall TETLEY, L., CALCUTT, D.: Electronic Aids to navigation. Edward

11 INTRODUCCIÓN HISTÓRICA El primer sistema de radionavegación por satélite, conocido como TRANSIT, fue desarrollado tras el lanzamiento del primer satélite al espacio, el llamado Spútnik I lanzado el 4 de octubre de 1957 por la Unión Soviética tras el programa Spútnik, dando comienzo a la era espacial. Este sistema nació gracias a un diseño de la universidad John Hopkins para la US Navy en 1958, sirviendo de ayuda a la navegación de navíos y submarinos atómicos. Los primeros satélites de este sistema se lanzan a principio de la década de los 60 y a partir de 1964 el sistema estaba completamente operativo para las fuerzas de la OTAN. El principal objetivo de TRANSIT era, al igual que para los sistema OMEGA y LORAN, de tipo militar, como ya se menciono orientados a la localización de submarinos. Mas tarde, en 1967, comienza a usarse en el ámbito civil con aplicaciones muy limitadas, como en la utilización de tipo geodésico para la medición de redes geodésicas, y otras aplicaciones científicas y tecnológicas. TRANSIT se basaba en el efecto Doppler que consistía en un conjunto de 4 a 7 satélites de baja orbita (1074 Km.) y periodo de 107 minutos, que viajaban en trayectorias conocidas y emitían señales en dos frecuencias conocidas (150MHz y 400MHz), estas señales recibidas se diferenciaban levemente con las efemérides del satélite con respecto al receptor. Monitorizando este cambio de frecuencia a intervalos cortos, el receptor puede determinar su localización a un lado o al otro del satélite, la combinación de varias de estas medidas, unido a un conocimiento exacto de la órbita del satélite pueden fijar una posición concreta y en sus aplicaciones que se generaban en dos dimensiones lograban una precisión de 25m 8. A diferencia de OMEGA y LORAN que utilizaban para determinar la posición a partir de medidas Doppler. Tal configuración conseguía una cobertura mundial pero no constante. La posibilidad de posicionarse era intermitente, pudiéndose acceder a los satélites cada 1.5 h. El cálculo de la posición requería estar siguiendo al satélite durante quince minutos continuamente. Su seguimiento lo hacía el NAV (Grupo Naval de Astronáutica) que recibe datos orbitales por las observaciones de cuatro estaciones de control. Dos veces al día tras la recepción de datos, transmite y almacena en la memoria de cada satélite las efemérides, que a su vez son retransmitidas por éste cada dos minutos a los usuarios. Se pueden considerar los siguientes errores en la observación a satélites Doppler: Efectos de propagación no corregidos (capas ionosférica y troposférica no consideradas): 1-5 metros. Instrumentación (fase del movimiento del oscilador): 1-6 metros. Incertidumbre en el modelo geopotencial utilizado: 5-10 metros. Fuerzas superficiales modeladas incorrectamente (crecimiento secular del error debido al período incorrecto, arrastre, precisión de la radiación). Efectos UTI-UTC no modulados. Coordenadas polares incorrectas: 1 metro. Error redondeado de efemérides: 5 metros Se producían huecos en las observaciones muy grandes debido a la configuración y al número recibido de satélites de la constelación. Sumando un error total entre 12 y 28 metros. Este sistema ha sido crucial para el desarrollo de la Geodesia mundial. 8 Misra y Enge,

12 La entonces URSS tenía un sistema igual que el Transit, de nombre TSICADA. Había que dar un gran salto. La guerra fría fomentaba invertir unos cuantos billones de dólares en un revolucionario sistema de navegación, que dejara a la URSS definitivamente atrás. Estuvo funcionando hasta el año Su salida de operación se debió fundamentalmente a que un nuevo sistema estaba operando exitosamente, superando importantes deficiencias que caracterizaban a su predecesor MÉTODOS DOPPLER DE OBSERVACIÓN POR SATÉLITE Hay varios métodos para el establecimiento de puntos de control por medio de observaciones Doppler de satélite. El método más adecuado a utilizarse en un proyecto específico, depende de un gran número de factores MÉTODO DEL PUNTO AISLADO Este método permite operaciones independientes de recepción y reducción de datos. Se provee al usuario posiciones de satélite (efemérides) basadas en datos de rastreo. Las posiciones computadas por el usuario dependen de: tipo de efemérides el modelo matemático utilizado uso de datos meteorológicos superficiales número de pasos observados parámetros para edición de datos MÉTODO DE TRANSLOCACIÓN Los efectos de los errores de efemérides y de refracción, están correlacionados entre estaciones rastreando un paso de satélite simultáneamente. Translocación son las técnicas que aprovechan esta correlación para mejorar la precisión. Se distingue entre: Translocación rigurosa: Se refiere a métodos en los cuales puntos comunes de datos provenientes de pasos rastreados simultáneamente en todas las estaciones, son utilizados en la reducción de datos. Translocación: Se refiere a los métodos en los cuales se operan los receptores simultáneamente, aunque todos los datos de los puntos y los pasos, pueden no corresponder exactamente. Al igual que la ubicación de puntos, la translocación, requiere que las efemérides del satélite sean suministradas externamente y no deducidas solamente de observaciones MÉTODO DEL ARCO CORTO Para reducir aún más el efecto de errores en las efemérides suministradas, el usuario puede utilizar en su programa para reducción, un modelo matemático que genera sus efemérides internamente, utilizando un modelo gravimétrico truncado y da a las efemérides seis o más grados de libertad. Los datos están involucrados, pero el método tiene ventajas notables para más de una estación, en que matrices rigurosas de varianza-covarianza pueden calcularse (y por lo tanto, las precisiones relativas) MÉTODO DEL ARCO SEMICORTO Esta técnica difiere del método arco corto, en que se utilizan órbitas generadas externamente y las efemérides se dan entre uno y seis grados de libertad. Utilizando el mismo número de parámetros para modelación de errores orbitales y observacionales, tanto el método del arco corto como el de arco semicorto debe tener el mismo resultado para un mismo juego de datos. Sin embargo, puesto que las órbitas externas están generadas con modelos gravimétricos complejos y se requiere una sola iteración, la solución del arco semicorto con las efemérides precisa con seis grados de libertad, debe ser ligeramente superior

13 1.3. HISTORIA DEL GNSS. Como se ha mencionado, se entiende por GNSS al conjunto de sistemas de navegación por satélite, como son el GPS, GLONASS, el reciente GALILEO, y los futuros BEIDOU, IRNSS y QZSS. Es decir, los sistemas que son capaces de dotar en cualquier punto y momento, de posicionamiento espacial y temporal. Sin embargo, el concepto de GNSS es relativamente reciente, puesto que su historia comienza en la década del 70 con el desarrollo del sistema estadounidense GPS, que tuvo en sus orígenes aplicaciones exclusivamente militares, y su cobertura a pesar de ser mundial, no era, como hoy se entiende Global, es decir, era un sistema de uso exclusivamente militar cuyo control estaba bajo el DoD (Department of Defense) de los Estados Unidos, y sometido a un estricto control gubernamental. No es hasta que se empiezan a tener en cuenta sus aplicaciones civiles, cuando el Gobierno de los Estados Unidos encarga realizar diversos estudios a distintas agencias como RAND, con el propósito de analizar la conveniencia de emplear esta tecnología con fines civiles. Así pues, tras diversos estudios, es en los noventa, a partir de la segunda mitad, cuando esta tecnología comienza a emplearse con fines civiles, y a alcanzarse numerosos acuerdos entre el Gobierno Estadounidense y distintos países de todo el mundo. Siendo el GPS hasta el momento el único sistema de navegación por satélite plenamente operativo, y debido a que el gobierno ruso decide no seguir adelante con GLONASS, los estadounidenses tienen en este período el control de los sistemas de posicionamiento con sus satélites. Con el segmento espacial (red de satélites) perteneciente de manera exclusiva a los EEUU, el resto de países, como Japón, Australia, y el continente europeo, se centran en el desarrollo del segmento de tierra, es decir, de los centros de control y recepción de las señales GPS, y de elaborar sistemas de aumento (SBAS y GBAS) para dicha tecnología, que les permitan obtener un posicionamiento más preciso a través de distintos métodos que veremos más adelante. Esto plantea inquietudes a nivel internacional, ya que, la capacidad que tienen los EEUU para emitir la señal civil del GPS es también la misma para distorsionarla o dejar de emitirla en caso de guerra o conflictos entre países (lo que se entiende como disponibilidad selectiva), surge así la necesidad para los demás países de tener su propio sistema de navegación por satélite, que les permita de manera autónoma disponer de esta tecnología sin dependencia de los EEUU. Queda pues, un largo camino por recorrer para el resto de países en el desarrollo de nuevos sistemas de navegación por satélite. Europa plantea Galileo como sistema con un uso exclusivamente civil, si bien los gobiernos de los distintos países podrán emplearlo también con fines militares. Rusia relanza el proyecto GLONASS y otros países como China plantean el desarrollo de sistemas experimentales como COMPASS, la India IRNSS y Japón QZSS como sistemas regionales. Si el GNSS plantea un futuro lleno de posibilidades, primero han de resolverse multitud de cuestiones, como capacidades de los nuevos sistemas, interoperabilidad con el GPS o costos entre otras cosas. Factores que implican a multitud de organizaciones, como agencias espaciales encargadas del desarrollo del sistema, gobiernos y otras agencias nacionales e internacionales encargadas de cuestiones legislativas. Han proliferado en multitud de países agencias, publicaciones, asociaciones de GNSS con el fin de proponer aplicaciones, soluciones y acuerdos así como educar sobre esta tecnología, debido en parte a su prometedor futuro, y en parte a su complejo entorno internacional. Se ha establecido ya un marco para definir qué características debe tener un sistema GNSS a estas alturas, ya que si bien el primero fue el GPS, su evolución así como el resto de sistemas que surjan en otros países deben tener una estructura básica muy similar, para garantizar la interoperabilidad y las características entre distintos GNSS

14 CAPITULO 2 SISTEMAS EXISTENTES Y SU EVOLUCIÓN: GNSS-1 Y GNSS INTRODUCCIÓN En este capítulo se desarrollan los sistemas existentes en la actualidad, es decir las implementaciones reales de la tecnología estudiada en el capítulo 1. Primero, presentaremos los sistemas existentes y futuros. Después desarrollaremos tres casos: GPS y GLONASS, como sistemas de primera generación, y Galileo como sistema de nueva generación. El orden en que vamos a abordar el estudio de cada sistema, es el siguiente: Historia: Evolución desde su concepción hasta su estado actual, estudiando los motivos políticos por los que surge cada sistema, así como las organizaciones implicadas en cada caso. Estado actual: aquí se revisa de forma general la composición del segmento espacial (lanzamiento y características orbitales de los satélites, tipos de satélites), y del segmento de Tierra (localización y funcionamiento). Servicios: que servicios presta cada sistema hoy día, en cuanto a las prestaciones que ofrece y bajo que condiciones. El objetivo de este capítulo es adquirir los conocimientos generales en cuanto a historia, composición y servicios ofrecidos por los distintos sistemas en la actualidad, de tal forma que se complemente con el capítulo 1, estudiando con casos prácticos los puntos 1.1, 1.2, 1.3, SISTEMAS GNSS El hecho de que EEUU tuviera el monopolio del segmento espacial, hace que el resto de los países del mundo dependientes de su sistema. Mientras en una primera fase los países se centran en el desarrollo de sistemas de aumento (SBAS, GBAS, ABAS). Debido a la importancia que empieza a cobrar esta tecnología tanto por el número de posibles aplicaciones, como por el mercado que genera, se produce una segunda fase, liderada por Europa en la que se opta por desarrollar un segmento espacial propio que acabe con la dependencia del sistema estadounidense. Esto se resume en la Figura 2.1, en la que muestra un esquema de los distintos sistemas: GNSS-1: formado por el GPS y GLONASS actuales, junto con los sistemas de aumento que han surgido: SBAS, GBAS, ABAS. GNSS-2: formado por el nuevo sistema GALILEO y las actualizaciones de los actuales GPS y GLONASS

15 GNSS GNSS 1 GNSS 2 GPS GLONASS GPS 2F GLONASS K GALILEO SISTEMAS DE AUMENTO ABAS GBAS SBAS Figura 2.1: Esquema GNSS SISTEMA DE AUMENTO BASADO EN AERONAVES: ABAS El sistema ABAS (Aircraft Based Augmentation System) son sistemas que emplean más de 4 satélites para calcular la posición, de esta forma son capaces de detectar fallos en el envío de información. En la actualidad se emplean dos sistemas: Sistema Monitor de Integridad Autónoma del Receptor (RAIM): por un lado detecta fallos calculando su posición con la combinación de 4 satélites sobre 5 o 6 visibles, así sabemos cual es el satélite defectuoso. Por otro, la aeronave puede ahora actuar como otro satélite debido a su altitud ya que conoce su posición. Sistema de Identificación y Exclusión de Fallas (FDE): esta funcionalidad permite descartar el satélite defectuoso para seguir empleando el GNSS de forma normal. Se encuentra en la mayoría de las aeronaves que se desarrollan en la actualidad SISTEMA DE AUMENTO BASADO EN TIERRA: GBAS El sistema GBAS (Ground Based Augmentation System) nace con el fin de dotar de mayor precisión al GPS y GLONASS para el tráfico aéreo. Los sistemas GBAS se diferencian de los SBAS en que ellos no dependen de los satélites Geoestacionarios (GEO), debido a que el GBAS no esta diseñado para brindar su servicio sobre amplias regiones geográficas, se emplea en distancias cortas, por lo que es un LAAS, que es el nombre que le ha dado la FAA11 a su GBAS. El funcionamiento es sencillo, el GBAS vigila las señales GPS ó GLONASS en un aeropuerto y transmite correcciones diferenciales de distancia, mensajes de integridad locales y datos de aproximación directamente al receptor de a bordo mediante una radiodifusión de datos VHF (VDB)

16 Figura 2.2: Esquema de funcionamiento de bases de tierra GBAS SISTEMA DE AUMENTACIÓN REGIONAL BASADA EN TIERRA (GRAS) El GRAS (Ground based Regional Augmentation System) tiene como base al GBAS y consiste en una serie de estaciones GBAS desplegadas en un área extensa (incluso continental) interconectadas entre sí por sistemas de telecomunicaciones, permitiendo contar con una aumentación SBAS de carácter regional. Australia es el país más avanzado en estos momentos en el desarrollo e implementación de este tipo de sistemas SISTEMA DE AUMENTO BASADO EN SATÉLITES: SBAS Se conoce como SBAS (Satellite Based Augmentation System), al conjunto de sistemas de aumento desarrollados por distintos países que se basan en el uso de satélites geoestacionarios para mejorar las prestaciones de los actuales GNSS. En la Figura 2.3 podemos observar por su distribución geográfica los SBAS que existen en la actualidad. Son sistemas que poseen una amplia cobertura y que por tanto tratan de mejorar en esas zonas las prestaciones del servicio de GNSS. Entre las funciones de mejora que ofrecen dichos sistemas destacamos: Aumentar la precisión de GPS y GLONASS: mientras que estos sistemas tienen una precisión de unos metros, los SBAS ofrecen una precisión de entre 1 y 10 metros, variando de un sistema a otro. Incrementar la integridad del sistema informando de posibles fallos en satélites con mayor rapidez. Mientras que el GPS puede tardar 15 minutos para aplicaciones críticas, los actuales sistemas civiles requieren entre 6 y 30 segundos de retardo para informar de un fallo. Los SBAS alcanzan este requisito, siendo así imprescindibles para ciertas aplicaciones. Incrementar la disponibilidad. Actualmente el GPS tiene una disponibilidad del 95-98%, mientras que sistemas como el EGNOS tienen una disponibilidad de hasta el 99.97%. Las otras prestaciones que son la cobertura, quedan limitadas a la región del sistema de aumento, y la continuidad de servicio depende del propio sistema GPS o GLONASS, estando fuera de control para estos sistemas

17 Figura 2.3: Cobertura mundial de los Sistemas de Aumentación SBAS. La arquitectura básica de todos los sistemas SBAS esta conformado por: Segmento terrestre: una red de estaciones terrestres de referencia distribuidas por una amplia zona geográfica que monitorean a los satélites GNSS. Segmento espacial: formado por varios satélites GEO. El funcionamiento es sencillo, el segmento de tierra retransmite los datos a una instalación de procesamiento central en donde se evalúa la validez de las señales y se calcula correcciones a los datos de efemérides y reloj radiodifundidos de cada satélite. Para cada satélite GPS o GLONASS vigilado, el SBAS estima los errores en los parámetros, y a su vez aplica las correcciones, que serán transmitidas a los satélites GEO y este las transmitirá a los receptores GNSS SISTEMA DE AUMENTO WASS WAAS (Wide Area Augmentation System) es un Sistema de Aumentación Basado en Satélites desarrollado por Estados Unidos. Está ideado como un complemento para la red GPS para proporcionar una mayor precisión y seguridad en las señales, permitiendo una precisión en la posición menor de dos metros ELEMENTO DEL SISTEMA WASS El sistema consta de 59 estaciones de vigilancia, llamadas estaciones de referencia de área amplia o WRS (Widearea Reference Stations), 2 estaciones maestras o WMS (Wide-area Master Stations), 6 antenas para la retransmisión de datos GES (Ground Earth Stations) y 3 satélites geoestacionarios. Las 24 estaciones de vigilancia están instaladas con aproximadamente 800 kilómetros de separación a lo largo de los Estados Unidos, Alaska, Hawai y Puerto Rico ESTACIONES DE REFERENCIA DE AREA AMPLIA (WRS) Este sistema usa estaciones de referencia esparcidas con aproximadamente 500 a 1000 Km. de separación a lo largo de la región a cubrir. La separación de las estaciones influirá en el grado de precisión del sistema WAAS. Esto se corresponde de alguna manera con las estaciones de corrección diferenciales del sistema DGPS marino de los Guardacostas de los Estados Unidos, pero no transmiten las señales de corrección ellas mismas. Lo que hacen es observar las señales GPS, las condiciones ionosféricas y la señal de corrección WAAS y transmitir los datos a las estaciones maestras. Cada una de las estaciones bases estará compuesta por una unidad principal y dos de reserva para dar un alto grado de fiabilidad por medio de la redundancia

18 Todas las estaciones WRS contienen al menos un receptor de frecuencia dual (L1 y L2) conectado a un oscilador de cesio, (reloj de gran precisión), un sensor meteorológico, un procesador y hardware de red para transmisión de datos ethernet hacia las estaciones maestras ESTACIONES MAESTRAS DE ÁREA AMPLIA (WMS) Las estaciones maestras del sistema WAAS toman los datos de las estaciones de referencia (WRS), verifican las señales de corrección anteriores y generan una nueva señal de corrección WAAS. Esta señal de corrección es transmitida a través de las estaciones terrestres a los satélites geoestacionarios, como los de Inmarsat o satélites exclusivos, para ser enviadas a los receptores. La WMS es responsable por filtrar todas las observaciones GPS hechas desde los receptores de referencia, estimando los estados de los modelos de error tanto ionosférico, de reloj, efemérides, etc. y calculando estimaciones y generando finalmente los mensajes WAAS (trama de 250 bit) que serán enviados y aplicados a los cálculos del seudorange hechos en los receptores WAAS a bordo de las aeronaves. Las estaciones de referencia también mostraran información de estatus de la constelación de satélites GPS al operador ESTACIONES DE COMUNICACIONES (GES) Son estaciones terrestres encargadas de recibir los mensajes WAAS de corrección de la WMS y retransmitirla a los satélites geoestacionarios, los que a su vez transmitirán las correcciones hacia los receptores WAAS SATÉLITES GEOESTACIONARIOS Los satélites geoestacionarios transmiten la señal de corrección en la banda de frecuencia L1 del GPS, pero usan un código seudo-aleatorio (PRC) diferente al de los satélites GPS. Las antenas receptoras del WAAS podrían aparentemente ser incorporadas directamente en el receptor GPS. Debido a que el sistema debe brindar integridad, disponibilidad, continuidad y precisión sé esta pensando en el uso de satélites geoestacionarios de uso exclusivo para este sistema, estos satélites además de transmitir las correcciones en radiodifusión, también realizarán funciones de satélites GPS geoestacionarios, garantizando contar con el mínimo número de satélites las 24 horas del día, para esto se planea usar otra banda de frecuencia como la L5 para evitar la interferencia con la constelación de 24 satélites no estacionarios del GPS RECEPTORES DEL WAAS Son equipos receptores GPS con la capacidad de poder recibir la información de corrección WAAS de los satélites geoestacionarios del sistema WAAS. Las correcciones WAAS (mensajes de 250 bits) recibidas serán aplicados a los resultados de los cálculos de la seudodistancia para luego determinar la posición GPS SISTEMA DE AUMENTO SDMC Es el sistema de corrección y control diferencial Ruso y tiene como tareas la monitorización de las aeronaves resolviendo el problema de la estimación de la calidad de funcionamiento del sistema de navegación espacial (SNS), GLONASS y GPS. El termino vigilancia de la integridad se refiere a la observación de los parámetros del sistema e informar a los usuarios sobre los problemas de funcionamiento anormal. El sistema lleva a cabo en línea y a posteriori ESTRUCTURA SDMC 9 El sistema de vigilancia de la integridad en los campos de la navegación se compone de los siguientes componentes: 9 sdcm.ru

19 Los puntos de control (MP) El centro de vigilancia a nivel mundial (CGM) Los enlaces de comunicación entre los puntos de control y el centro de vigilancia mundial SISTEMA DE AUMENTO EGNOS El sistema EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) es un Sistema de Aumentación Basado en Satélites desarrollado por la Agencia Espacial Europea (ESA), la Comisión Europea (institución de la Unión Europea) y Eurocontrol. Está ideado como un complemento para las redes GPS y GLONASS para proporcionar una mayor precisión y seguridad en las señales, permitiendo una precisión inferior a dos metros. Consiste en una red de tres satélites geoestacionarios y en una red de estaciones terrestres encargadas de monitorizar los errores en las señales de GPS y actualizar los mensajes de corrección enviados por EGNOS. El sistema empezó a emitir de formal operacional en julio de 2005 mostrando unas prestaciones excelentes en términos de precisión y disponibilidad. El inicio oficial de operaciones fue anunciado por la Comisión Europea para el 1 de octubre de El sistema debería ser cualificado para su uso en aplicaciones de seguridad en el año 2010 por la Agencia de supervisión GNSS (GNSS Supervisory Agency) ELEMENTOS DEL SISTEMA EGNOS El sistema EGNOS está compuesto por 34 Estaciones de Referencia (figura 2.4) y de Supervisión de Integridad (RIMS) desplegadas para supervisar los satélites de las constelaciones GNSS. Cada satélite tiene que ser supervisado por múltiples RIMS antes de que se generen las correcciones y los mensajes de integridad. Figura 2.4: Estaciones de referencia de EGNOS. Existen cuatro Centros de Control de Misión (MCC), que procesan los datos de las RIMS para generar las correcciones WAD (Wide Aérea Differential) y mensajes de integridad para cada satélite. Solo uno de estos MCCs está activo y operacional, los otros MCCs permanecen como "reserva" que pueden activarse si ocurre algún problema. Las Estaciones Terrestres de Navegación (Navigation Land Earth Stations, NLES) transmiten los mensajes de corrección e integridad desde el MCC a los satélites geoestacionarios, encargados de radiar

20 finalmente la señal SBAS a los usuarios finales. El sistema desplegará dos NLES (una principal y una de reserva), y una tercera NLES con fines de pruebas y validación. El sector espacial de EGNOS está compuesto por tres satélites geoestacionarios con cobertura global terrestre: dos satélites Inmarsat-3 (AOR-E e IOR), así como el satélite ESA Artemis. Los usuarios EGNOS pueden rastrear dos satélites geoestacionarios por lo menos SISTEMA DE AUMENTO MSAS El sistema MSAS (Multi-functional Satellite Augmentation System) es un sistema de aumentación basado en el satélite multifuncional MTSAT, este es un sistema de navegación por satélite, el cual soporta DGPS, designado para mejorar la precisión de la señal del sistema GPS. Este sistema esta operativo en Asia, principalmente en Japón. En paralelo con el sistema WAAS de Estados Unidos y el EGNOS de Europa, Japón ha desarrollado este sistema basado en un satélite geoestacionario de transporte multifuncional (MTSAT), el cual tiene también una función meteorológica (además de la aeronáutica). El MTSAT-1 (figura 2.5) fue lanzado en el año 2000, y subsecuentes lanzamientos son programados cada cinco años. Aunque el sistema de software del MSAS está basado en el WAAS presenta diferentes capacidades que los sistemas WAAS y del EGNOS, porque incluye dos modos de comunicación, voz y datos. Esta capacidad de comunicación será usada para brindar Vigilancia Automática Dependiente (ADS). Específicamente, MSAS esta basado en el concepto FANS de la OACI, incluyendo GNSS para navegación y Servicio Satelital Móvil Aeronáutico (AMSS) para dos modos voz/datos con ADS. Figura 2.5: Representación del satélite MTSAT-1. La aplicación aeronáutica consistía en dos funciones: servicio móvil aeronáutico por satélite (SMAS) y sistema de aumentación basado en satélite (SBAS) del GNSS para proporcionar a las aeronaves información sobre aumentación GPS por enlace ascendiente a partir de las instalaciones terrestres. La función MSAS del MTSAT cumpliría plenamente con las normas y métodos recomendados (SARPS) de la OACI. Los detalles técnicos no especificados en los SARPS se coordinaron mediante las actividades del Grupo Técnico de Trabajo sobre funcionamiento (IWG) SBAS. Así, el MSAS permitía el pleno funcionamiento convidado con otros servicios SBAS. Después de haber fallado el lanzamiento del MTSAT-1 (el primer MTSAT), Japón adquirió otro satélite, MTSAT-1R, que se lanzaría a principios de El segundo MTSAT, MTSAT-2, se lanzó en Una vez finalizada la certificación, el MSAS entraría en servicio y sería operacional utilizando únicamente el MTSAT-1R a partir de este año. El doble funcionamiento del MTSAT-1R y el MSAT-2 entró en servicio en el año ELEMENTOS DEL SISTEMA MSAS Dos centros de satélites aeronáuticos se encargarán del control de los MTSAT. Las estaciones de control principales (MCS) del MSAS se han instalado en dos centros de satélites aeronáuticos. Con objeto de proporcionar servicio MSAS en la FIR (Región de Información de Vuelo) del Japón, se habían instalado

21 estaciones de vigilancia de tierra (GMS) en cuatro centros de control de tránsito en rutas aéreas. Para garantizar una referencia amplia para una determinación exacta de la órbita de los MTSAT se instalaron dos estaciones de vigilancia y cronometría (MRS) en Hawai (Estados Unidos) y Camberra (Australia). Cuenta también con una MRS en cada centro de satélites aeronáuticos. En operaciones normales, los usuarios podrían recibir dos señales SBAS con diferentes códigos PRN. Cada señal se enviaría por enlace ascendente de una MCS diferente y por medio de un satélite diferente. Si falla uno de los satélites, la MCS que esté comunicando por enlace de datos por medio del satélite que haya fallado se conmutaría al otro satélite. Así, aún en estas condiciones anormales, la aviónica del usuario podría recibir las dos señales SBAS. Esta arquitectura garantiza un servicio SBAS sumamente redundante y fiable. Dado que la señal MSAS sería objeto de radiodifusión por el MTSAT en la mayor parte de la Región Asia/Pacífico, el servicio MSAS podría ampliarse fácilmente si se instalaran GMS en la zona de cobertura del MTSAT y se conectaran líneas terrestres especializadas a las MCS. Japón ha ofrecido servicio MSAS gratuito a los Estados de la Región Asia/Pacífico a fin de establecer en dicha región un sistema de navegación aérea fluido y más seguro y fiable SISTEMA DE AUMENTO GAGAN GAGAN (GPS and GEO Augmented Navigation) es un Sistema de Aumentación Basado en Satélites (SBAS) desarrollado por la Agencia India del Espacio (ISRO) y está ideado como un complemento para la red GPS para proporcionar una mayor precisión y seguridad en las señales de posicionamiento y navegación por satélite. El fin es el de satisfacer los requisitos de precisión y seguridad en la navegación por satélite de las compañías aéreas y los proveedores de servicios de tráfico aéreo (ATS) en el espacio aéreo de la India, incluyendo el espacio del océano índico, así como amplias partes de la Región Asia/Pacífico. GAGAN se ha diseñado para satisfacer los SARPS de la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI) y que permita relacionarse con WAAS, EGNOS y MSAS FASE DE IMPLANTACION El programa GAGAN se implantó en tres fases: Sistema de demostración de tecnología (TDS). Un sistema de configuración mínima que demuestra la capacidad del sistema para aproximaciones de precisión (Categoría I) en una región limitada del espacio aéreo de la India y constituye una prueba del concepto. La fase TDS concluyó hacia el año Fase experimental inicial (IEP). En esta fase se amplía el TDS para abarcar todo el espacio aéreo de la India y se añaden al sistema las redundancias necesarias. La IEP finalizó un año después de desarrollarse el TDS. Fase operacional final (FOP). Se prevé que, durante esta fase, el programa GAGAN alcance su pleno desarrollo. El sistema sería objeto de amplios ensayos y se evaluaría respecto a los SARPS de la OACI antes de declarar que se ha alcanzado el nivel operacional. Se prevé que esta fase se termine un año después de la fase IEP. Actualmente, habiendo llevado a cabo un examen detallado del diseño de la carga útil, la ISRO estaba en la etapa de adquisición de los componentes críticos para fabricar la carga útil de navegación que se instalará en el satélite GSAT-4, que se lanzo en 2005 en una órbita situada en 82º Este. Dado que la India está situada cerca de la línea del ecuador terrestre, las actividades ionosféricas tendrían un efecto importante en las señales GPS recibidas encima del espacio aéreo de la India. Con objeto de evaluar adecuadamente el efecto de la ionosfera en las señales GPS y reducir su efecto, se ha iniciado la elaboración de un modelo ionosférico basado en los datos compilados en gran número de localidades durante un amplio período de tiempo. Teniendo presente lo expuesto, se preveía establecer 20 estaciones para compilar datos ionosféricos cubriendo la totalidad del país

22 SISTEMA DE AUMENTO SACCSA El proyecto SACCSA (Sistema de Aumentación para el Caribe, Centro y Sudamérica) pretende analizar la viabilidad técnica, financiera e institucional de implantación de un sistema SBAS/GNSS en las regiones del Caribe y América del Sur. Entre otras actividades, el proyecto incluye una definición técnica de un Sistema de Aumentación Basado en Satélites (SBAS) adaptado a las especiales circunstancias de las regiones mencionadas (ionosfera, geografía, etc.) EVOLUCION DEL PROYECTO La Organización de Aviación Civil Internacional (OACI) suscribió un proyecto regional de cooperación técnica con los estados y entidades interesadas. Hasta el momento estas son Chile, Colombia, Cuba, Corporación Centroamericana de Servicios de Navegación Aérea (COCESNA), la Unión Europea y España. El proyecto comenzó en el año 2003 en una primera fase con el nombre de EDISA (EGNOS Demonstrations In South America), la cual perseguía una serie de ensayos y demostraciones de la señal SBAS del sistema europeo EGNOS, extendida a las regiones del Caribe, Centroamérica y Sudamérica. Para ello, se desplegó una infraestructura de ensayos basada en la implantación de la señal EGNOS en la Región CAR (Caribe) y en la zona noroeste de la Región SAM (Sudamérica), para lo cual se instalaron tres Estaciones de Referencia y de Supervisión de Integridad (RIMS) en Colombia (Bogotá), Cuba (La Habana) y COCESNA Honduras (Tegucigalpa). Estas estaciones se conectaron con Madrid a través del satélite Hispasat y de ahí al ESTB (EGNOS System Test Bed). Una vez desplegada la infraestructura, se realizaron tomas de datos en estático durante un periodo de 2,5 meses y se llevaron a efecto ensayos en vuelo. Los datos resultantes mostraron preliminarmente que era viable radiar una señal EGNOS en las Regiones CAR/SAM sobre la base del despliegue de una infraestructura terrena de estaciones RIMS, pudiendo llegar a conseguir unas actuaciones en torno a capacidad APV I. Basado en los resultados obtenidos en la primera fase del Proyecto y teniendo en cuenta el desarrollo evolutivo del GNSS, se planificó la realización de una segunda fase cuyo objetivo era estudiar, desarrollar y planificar los aspectos técnicos, financieros, operacionales e institucionales, de alternativas posibles para implantar un sistema preoperacional SBAS para las Regiones CAR/SAM. Al concluir esta fase, se dispondría de los elementos de juicio necesarios para que las entidades regionales de la OACI tomen la decisión sobre el mejor modelo del sistema de aumentación SBAS (EGNOS extendido, WAAS extendido, EGNOS-WAAS, o un sistema propio) a implantar en estas regiones, y de este modo poder proceder con los concursos internacionales necesarios para la realización de dicha implantación. Esta Fase II del proyecto se le denominó SACCSA (Solución de Aumentación para el Caribe, Centro y Sur América). A mediados del año 2005, se definió tanto por parte del RLA/03/902, como por el Proyecto RLA/00/009 (WAAS en Suramérica), que ni el sistema EGNOS europeo ni el WAAS estadounidense podían ser factiblemente extendidos hacia las regiones del Caribe, Centro y Sudamérica, por lo que el SACCSA se enfocó estratégicamente a convertirse en un sistema SBAS propio, autónomo de estas regiones, pero interoperable con los demás sistemas SBAS existentes y en desarrollo. Las fases de las operaciones son las siguientes: Fase I: Consistió en ensayos en vuelo SBAS/EGNOS en las regiones CAR/SAM, que permitieron evaluar las prestaciones y la viabilidad de implantación del sistema, sobre la base del programa EDISA de la Comisión Europea. Los datos resultantes mostraron preliminarmente que era viable radiar una señal SBAS en las Regiones CAR/SAM, sobre la base del despliegue de una infraestructura terrena de estaciones RIMS, pudiendo llegar a conseguir unas actuaciones en torno a capacidad APV-I, (aproximación con guiado vertical, nivel I)

23 Fase II. Consistió en la definición y análisis de viabilidad del sistema SACCSA. Se llevaron a cabo la definición de especificaciones de los Segmentos de Tierra y de Vuelo, análisis de prestaciones del sistema, análisis de gestión y explotación, estudio de viabilidad económica y financiera, y análisis de la planificación de las actividades necesarias para disponer de un SBAS en el continente, además de la impartición de cursos y seminarios en la región. Fase III. Consiste en completar los estudios de sistema de la Fase II, cerrando temas como las comunicaciones, ionosfera, topología de red terrena, etc. Se incluyen también en esta fase, la definición de actividades de soporte a la validación / certificación del sistema, además de seminarios GNSS avanza-dos. Además incluye el desarrollo y operación de un sistema formado por un Centro de Captura de Datos y un prototipo del Centro del Proceso y Análisis SACCSA, que junto a una red de monitorización distribuida a lo largo del continente Latinoamericano, permitirán obtener las prestaciones SBAS iniciales sobre el continente. A la conclusión de estas fases del proyecto, se estaría en disposición de iniciar el proceso de licitación e implantación del sistema SBAS para las regiones CAR/SAM rlasaccsa.com

24 CAPITULO 3 GPS (GLOBAL POSITIONING SYSTEM) 3.1. HISTORIA Al principio de la década del 60 los Departamentos de Defensa, Transporte y la Agencia Espacial Norteamericana (DoD, DoT y NASA respectivamente) tomaron interés en desarrollar un sistema para determinar la posición basado en satélites. El sistema debía cumplir los requisitos de globalidad, abarcando toda la superficie del globo; continuidad, funcionamiento continuo sin afectarle las condiciones atmosféricas, y altamente dinámico, para posibilitar su uso en aviación y precisión. Esto llevó a producir diferentes experimentos como el Timation y el sistema 621B en desiertos simulando diferentes comportamientos. Así el la idea de la creación se sistemas navegados por satélites artificiales entra en servicio en El Departamento de Defensa de los Estados Unidos lo implementó con el objeto de obtener en tiempo real la posición de un punto en cualquier lugar de la tierra, como su desarrollo era un proyecto exclusivamente militar que comenzaba como gran parte de la tecnología que se desarrolla en el siglo XX con la Guerra Fría, la cual se requería de un sistema de navegación confiable, extremadamente preciso y de alcance mundial, por tal motivo estaba orientado a poder conocer la ubicación exactas de toda la flota de guerra y poderlos conducir de modo mas rápido y mas seguro hasta el enemigo. Este sistema surgió debido a las limitaciones del sistema Transit que en la década de los 70 proporcionaba posicionamiento usando métodos Doppler. La principal desventaja del este último, era la no disponibilidad de satélites las 24 horas del día. Se hacía necesario por tanto un salto cualitativo, y se inicia el proyecto NAVSTAR GPS (Navegation System Timing And Ranging), fue efectivamente iniciada en diciembre de La iniciativa, financiación y explotación corrieron a cargo del Departamento de Defensa, División Sistema Espacial. El proyecto se desarrolló en distintas fases, que se desarrollaran mas adelante. El 22 de febrero de 1978 fue lanzado el primer satélite, concluyendo en 1985 en el cual se desarrollaron y lanzaron once satélites prototipo experimentales NAVSTAR, a los que siguieron otras generaciones de satélites, hasta completar la constelación actual, a la que se declaró con capacidad operacional inicial en diciembre de 1993 cuando se alcanzaron los 24 satélites que componían el segmento espacial y con un gran numero de estaciones de control operativas en todo el mundo, con capacidad operacional total en abril de Finalmente Estados Unidos concibió un sistema formado por 24 satélites en órbita media (MEO), que diera cobertura global y continua. ROCKWELL (California) se llevó uno de los contratos más importantes de su época, con el encargo de 28 satélites. Anécdota: En 1984 un vuelo civil de Korean Airlines fue derribado por la Unión Soviética al invadir por error su espacio aéreo. Ello llevó a la administración Reagan a ofrecer a los usuarios civiles cierto nivel de uso de GPS, llegando finalmente a ceder el uso global y sin restricciones temporales, de esta forma se conseguía un retorno a la economía de los EE.UU. inimaginables unos años atrás. Además suponía un gran liderazgo tecnológico originando un vertiginoso mercado de aplicaciones. Desde 1984, con muy pocos satélites en órbita, aparecieron tímidamente fabricantes de receptores GPS destinados al mundo civil (Texas Instruments y Trimble Navigation)

25 El proyecto se desarrolló en distintas fases: Fase 1 ( ): estudio de conceptos, diseño y viabilidad del proyecto. Fase 2 ( ): producción del primer bloque de satélites que servirá para validar el sistema. Fase 3 ( ): conseguir un segmento espacial plenamente operativo con el lanzamiento del segundo bloque de satélites. Se declara la Capacidad Inicial Operativa en 1993 (IOC), y se declara la Plena Capacidad Operativa en 1995 (FOC). Fase 4 ( ): lanzamiento y desarrollo del tercer bloque de satélites, y operación y mantenimiento del GPS. Fase 5 ( ): desarrollo de los nuevos satélites con mejores prestaciones que sustituirán a los antiguos, y lograr una constelación más robusta ESTRUCTURA DEL SISTEMA GPS El Sistema GPS esta constituido por tres segmentos fundamentales. Segmento Espacial Segmento de Control Segmento Usuario SEGMENTO ESPACIAL Como ya se ha visto en el capítulo 1 y se muestra en la figura 2.3, el segmento espacial del GPS diseñado en un principio constaba de 24 satélites distribuidos por igual en 6 planos orbitales circulares distribuidos uniformemente con una inclinación de 55 sobre la línea del horizonte (plano ecuatorial) nombrados como A, B, C, D, E y F, a una altitud de unos Km. respecto al geocentro. El período de cada satélite para completar una órbita es de unas 12 horas, siendo la posición la misma al cabo de un día sideral, siendo unas 11hs 58min de tiempo rotacional terrestre. Lo cual cada satélite GPS vuela en una orbita terrestre media (MEO), dando 2 vueltas al planeta por día. Estos satélites son puestos en funcionamiento por el Comando de las Fuerzas Aéreas Espaciales de USA (AFSPC). Figura 3.1: Distribución original de la constelación de 24 satélites. Esto garantizaba un mínimo de 4 satélites disponibles en cualquier parte del mundo (normalmente 5 o 6), lo que da una disponibilidad de al menos 24 satélites GPS el 95% de tiempo, sin embargo se han ido añadiendo satélites que mejoren las prestaciones de servicio del GPS. En la actualidad hay un total de 31 satélites operativos, además de 3 4 satélites fuera de servicio ( residuos ) que pueden ser reactivados si es necesario, están

26 distribuidos no uniformemente y que garantizan unas mejores prestaciones en cuanto a disponibilidad e integridad que la constelación de 24 satélites. Sin embargo, el estado y el funcionamiento de cada satélite varía de uno a otro, ya que algunos operan con relojes atómicos de Cesio y otros con relojes atómicos de Rubidio. Como se puede apreciar en la figura anterior, dividiendo la tierra en planos orbitales en función de la latitud y longitud se obtiene una red sobre la que posicionar los distintos satélites. 11 Los satélites GPS se lanzaron en distintas fases, y a cada grupo de satélites se le conoce como bloque como se muestra a continuación BLOQUE I DE SATÉLITES GPS El primer bloque de satélites GPS está compuesto por los once primeros satélites que se lanzaron al espacio, adjudicados a Rockwell Space Systems. Fueron lanzados desde la Base Aérea de Vandenberg, Estados Unidos, ubicada en el estado de California, utilizándose para ello cohetes Atlas-F y Atlas-E. Se corresponden con los satélites del 1 al 11 lanzados entre los años 1978 y Estos primero satélites tuvieron un peso de 450 Kg. con una potencia nominal mayor a 400 W y un promedio de vida efectiva de 5 años, pero duraron más de lo previsto, estaban compuesto por 2 paneles solares, lo cual desarrollaban un ancho de 5,3 metros con los paneles desplegados. Fueron los satélites que sirvieron para validar el proyecto y estaban distribuidos a una altitud de Km. ( millas náuticas) con un ángulo de inclinación de 63 grados. Ninguno de ellos está ahora en servicio. Datos detallados de cada satélite se representan en la siguiente tabla: SATELITES DEL BLOQUE I Satélite Fecha Cohete Banda Nombre Masa Potencia SVN PRN Alterno [Kg.] [W] Resultado NAVTAR 1 22/02/1978 Atlas F S (SGLS) GPS Exitoso NAVTAR 2 13/05/1978 Atlas F S (SGLS) GPS Exitoso NAVTAR 3 06/10/1978 Atlas F S (SGLS) GPS Exitoso NAVTAR 4 10/12/1978 Atlas F S (SGLS) GPS Exitoso NAVTAR 5 09/02/1980 Atlas F S (SGLS) GPS Exitoso NAVTAR 6 26/04/1980 Atlas F S (SGLS) GPS Exitoso NAVTAR 7 18/12/1981 Atlas F S (SGLS) GPS Fracaso NAVTAR 8 14/07/1983 Atlas F S (SGLS) GPS Exitoso NAVTAR 9 13/06/1984 Atlas E S (SGLS) GPS Exitoso NAVTAR 10 08/09/1984 Atlas F S (SGLS) GPS Exitoso NAVTAR 11 09/10/1984 Atlas E S (SGLS) GPS Exitoso NAVTAR no funciono BLOQUE II DE SATÉLITES GPS Tabla 3.1: Satélites Bloque I GPS 12 El segundo bloque de satélites que se lanzaron al espacio está compuesto por los satélites lanzados de 1989 a Los satélites diseñados entre estas fechas se conocen como BLOCK II, BLOCK IIA, BLOCK IIR, BLOCK IIR-M y BLOCK IIF. El primer satélite del Bloque II fue lanzado en el año 1989 desde el Centro Espacial Kennedy en Cabo Cañaveral, estado de Florida. 11 David García Álvarez Sistema GNSS, Datos obtenidos de la página de la NASA

27 Se conoce a los satélites de este bloque del 13 al 21 lanzados en 1989 y Fueron desarrollados también por Rockwell International (hoy Boeing) y actualmente ninguno de ellos presta servicio, y fueron diseñados para ser capaces de prestar servicios durante 14 días sin contactar con el segmento de tierra. El peso de estos satélites es de Kg. con un periodo de vida aproximadamente de 10 años. A partir de estos satélites se modifico la inclinación de las orbitas llevándolas a 55 grados. Se lanzaron un total de 9 satélites. Cabe mencionar que este nuevo bloque adiciona varias innovaciones, entre ellas la posibilidad de incorporar a la señal una perturbación denominada SA (Disponibilidad Selectiva o Selective Availability) que no era otra cosa que la disminución intencional de la precisión del sistema, también se estableció una limitación al acceso del denominado código P. Estas características fueron impuestas a los usuarios civiles por cuestión de interés militar. Datos detallados de cada satélite se representan en la siguiente tabla: SATELITES DEL BLOQUE II Satélite Fecha de Nombre Masa Potencia Cohete Banda SVN PRN lanzamiento Alterno [Kg.] [W] Resultado NAVSTAR II-1 14/02/1989 Delta II GPS IIF Exitoso NAVSTAR II-2 10/06/1989 Delta II GPS IIF Exitoso NAVSTAR II-3 18/08/1989 Delta II GPS IIF Exitoso NAVSTAR II-4 21/10/1989 Delta II GPS IIF Exitoso NAVSTAR II-5 11/12/1989 Delta II GPS IIF Exitoso NAVSTAR II-6 24/01/1990 Delta II L1/L2 GPS Exitoso NAVSTAR II-7 26/03/1990 Delta II L1/L2 GPS Exitoso NAVSTAR II-8 02/08/1990 Delta II L1/L2 GPS Exitoso NAVSTAR II-9 01/10/1990 Delta II L1/L2 GPS Exitoso Bloque IIA de satélites GPS Tabla 3.2: Satélites Bloque II GPS 13 El BLOCK IIA (A por Advanced) es el conjunto de satélites lanzados entre 1990 y 1997, la producción de la serie IIA comprende un total de 19 satélites. Son los satélites del SVN-22 al SVN-40 y fueron diseñados para poder permanecer 180 días sin comunicarse con la estación de control. El primer satélite fue lanzado en Noviembre de 1990, y el último en Noviembre en Su lanzamiento se realizó en Cabo Cañaveral, Estados Unidos. A lo largo de este período la degradación de la precisión del satélite se hace más patente. El 8 de diciembre de 1993 se habían puesto en orbita 15 satélites adicionales de este bloque, totalizando así 24 satélites, fue entonces declarado al sistema en plena capacidad operacional. El tiempo medio de vida de BLOCK II y BLOCK IIA es de 7,3 años. En la actualidad 8 de los satélites BLOCK IIA han dejado de prestar servicio. actual. Datos recavados en Abril de 2011 aseguran que 11 satélites del éste bloque integran la constelación GPS Datos detallados de cada satélite se representan en la tabla 3.3: 13 Datos obtenidos de la página de la NASA

28 SATELITES DEL BLOQUE II-A Satélite Fecha de Nombre Masa Potencia Cohete Banda SVN PRN lanzamiento Alterno [Kg.] [W] Resultado NAVSTAR 2A-01 26/11/1990 Delta II L1/L2 GPS IIA Exitoso NAVSTAR 2A-02 04/07/1991 Delta II L1/L2 GPS IIA Exitoso NAVSTAR 2A-03 23/02/1992 Delta II L1/L2 GPS IIA Exitoso NAVSTAR 2A-04 10/04/1992 Delta II L1/L2 GPS IIA Exitoso NAVSTAR 2A-05 07/07/1992 Delta II L1/L2 GPS IIA Exitoso NAVSTAR 2A-06 09/09/1992 Delta II L1/L2 GPS IIA Exitoso NAVSTAR 2A-07 22/11/1992 Delta II L1/L2 GPS IIA Exitoso NAVSTAR 2A-08 18/12/1992 Delta II L1/L2 GPS IIA Exitoso NAVSTAR 2A-09 03/02/1993 Delta II L1/L2 GPS IIA Exitoso NAVSTAR 2A-10 29/03/1993 Delta II L1/L2 GPS IIA Exitoso NAVSTAR 2A-11 13/05/1993 Delta II L1/L2 GPS IIA Exitoso NAVSTAR 2A-12 26/06/1993 Delta II L1/L2 GPS IIA Exitoso NAVSTAR 2A-13 30/08/1993 Delta II L1/L2 GPS IIA Exitoso NAVSTAR 2A-14 28/10/1993 Delta II L1/L2 GPS IIA Exitoso NAVSTAR 2A-15 10/03/1994 Delta II L1/L2 GPS IIA Exitoso NAVSTAR 2A-16 28/03/1996 Delta II L1/L2 GPS IIA Exitoso NAVSTAR 2A-17 16/07/1996 Delta II L1/L2 GPS IIA Exitoso NAVSTAR 2A-18 12/09/1996 Delta II L1/L2 GPS IIA Exitoso NAVSTAR 38 06/11/1997 Delta II L1/L2 GPS Exitoso Bloque IIR de satélites GPS Tabla 3.3: Satélites Bloque II-A GPS 14 En Julio de 1997 es lanzado al espacio el primer BLOCK IIR (R por replacement, reemplazo o sustitución) de satélites, y el último lanzamiento fue en Noviembre de 2004, es decir que estos satélites iban reemplazando a los satélites que salían de operación de los bloques II y IIA. Desarrollados por la Lockheed Martin, la producción fue de un total de 13 satélites, correspondiéndose con los vehículos SVN- 41 al SVN-47, SVN-51, SVN-54, SVN-56, SVN-59 al SVN-61, se distinguen por las mejoras introducidas en los relojes de abordo. Su lanzamiento se realizó en Cabo Cañaveral, Estados Unidos. Son más avanzados que los anteriores y pueden permanecer sin comunicar con el segmento de control 14 días y 180 navegando en modo autónomo sin sufrir casi degradación alguna en su órbita. Esto es posible gracias a un sistema de comunicación entre los satélites BLOCK IIR que les permite estimar los parámetros y alinearse sin contactar con el segmento de control. Su vida media es más larga, unos 7,8 años y son los que prestan servicio en la actualidad junto a los BLOCK IIA. Otra modificación de su predecesor es el monitoreo a bordo (on board) del reloj atómico. De la misma forma podemos decir que datos de Abril de 2011, manifiesta que 12 satélites de éste bloque forman parte de la columna vertebral de GPS, junto con los referidos a los pertenecientes del bloque IIR (M) de serie. Datos detallados de cada satélite se representan en la tabla 3.4: 14 Datos obtenidos de la página de la NASA

29 SATELITES DEL BLOQUE II-R Satélite Fecha de Nombre Masa Potencia Cohete Banda SVN PRN lanzamiento Alterno [Kg.] [W] Resultado 17/01/1997 Delta II L1/L2 GPS IIR-1 42 * NAVSTAR 43 23/07/1997 Delta II L1/L2 GPS IIR Exitoso NAVSTAR 46 07/10/1999 Delta II L1/L2 GPS IIR Exitoso NAVSTAR 47 11/05/2000 Delta II L1/L2 GPS IIR Exitoso NAVSTAR 48 16/07/2000 Delta II L1/L2 GPS IIR Exitoso NAVSTAR 49 10/11/2000 Delta II L1/L2 GPS IIR Exitoso NAVSTAR 50 30/01/2001 Delta II L1/L2 GPS IIR Exitoso NAVSTAR 51 29/01/2003 Delta II L1/L2 GPS IIR Exitoso NAVSTAR 52 31/03/2003 Delta II L1/L2 GPS IIR Exitoso NAVSTAR 53 21/12/2003 Delta II L1/L2 GPS IIR Exitoso NAVSTAR 54 20/03/2004 Delta II L1/L2 GPS IIR Exitoso NAVSTAR 55 23/06/2004 Delta II L1/L2 GPS IIR Exitoso NAVSTAR 56 06/11/2004 Delta II L1/L2 GPS IIR Exitoso Tabla 3.4: Satélites Bloque II-R GPS * Se destruyó 13 segundos después del despegue, estimando un costo de U$S 55 millones. Fue lanzado en un cohete Delta II de número de serie D241, en Cabo Cañaveral. El lanzamiento ocurrió a las 16:28:01 GMT del el 17 de Enero de Trece segundos más tarde, el cohete activa la terminación del sistema de vuelo a través de su ordenador de a bordo, esto detonó cargas explosivas a bordo causando su explosión. Una investigación determinó que el fallo fue causado por una grieta en la cubierta del número 2 GEM- 40 motor de combustible sólido, que se propagaron en los primeros 6 segundos de vuelo. Doce segundos después esto causó una falla estructural del refuerzo, lo cual se dispara el sistema de autodestrucción que destruyó el cohete un segundo más tarde. El refuerzo había sido dañado por la presión de un soporte en un nuevo sistema de transporte que había sido introducido recientemente. Tras el fracaso, el sistema fue revisado con tecnología de ultrasonido para ser aplicados a los futuros vuelos Bloque IIR-M de satélites GPS El Bloque IIR (M) de satélites es una versión mejorada de la serie de IIR, completando la columna vertebral de la constelación GPS de la actualidad. La "M" es sinónimo de modernización, en referencia a las señales del GPS nueva civiles y militares que se agregó con ésta generación de naves espaciales. Desarrollado por Lockheed Martin, hay 8 satélites del bloque IIR (M): SVN- 48 al SVN-50, SVN-52, SVN-53, SVN-55, SVN-57 y SVN 58. El primer lanzamiento IIR (M) se puso en marcha en Septiembre de 2005, y el último se produjo en Agosto de En Abril de 2011, había 7 satélites funcionando en la constelación de satélites GPS, con el último (SVN- 49), designado "poco saludables" pendiente de revisión técnica. Datos detallados de cada satélite se representan en la tabla 3.5: 15 Datos obtenidos de la página de la NASA

30 SATELITES DEL BLOQUE IIR-M Satélite Fecha de Nombre Masa Potencia Cohete Banda SVN PRN lanzamiento Alterno [Kg.] [W] Resultado NAVSTAR 57 26/09/2005 Delta II L1/L2/L2C GPS2R Exitoso NAVSTAR 58 25/09/2006 Delta II L1/L2/L2C GPS2R Exitoso NAVSTAR 59 17/11/2006 Delta II L1/L2/L2C GPS2R Exitoso NAVSTAR 60 17/10/2007 Delta II L1/L2/L2C GPS2R Exitoso NAVSTAR 61 20/12/2007 Delta II L1/L2/L2C GPS2R Exitoso NAVSTAR 62 15/03/2008 Delta II L1/L2/L2C GPS2R Exitoso NAVSTAR 63 24/03/2009 Delta II L1/L2/L2C GPS2R Exitoso NAVSTAR 64 17/08/2009 Delta II L1/L2/L2C GPS2R Exitoso Este bloque presenta las siguientes mejoras: Tabla 3.5: Satélites Bloque IIR-M GPS 16 L2C es la segunda señal GPS de uso civil, diseñada específicamente para satisfacer las necesidades comerciales. Dos señales nuevas de uso militar proveyéndoles una mayor resistencia de ataques terroristas. Niveles flexibles de alimentación para las señales militares Bloque IIF de satélites GPS Esta generación de satélites presenta importantes mejoras en el sistema de navegación de a bordo. Esta serie fue creada con la intención de ampliar las capacidades de la serie IIR-M, se logró gracias a la implementación de una nueva señal de uso civil (L5) y de uso militar (M-código). El lanzamiento de estos vehículos comenzó en 2001 diseñados para una vida útil de 15 años. La sigla F de este bloque es de seguimiento (follow-on). Cada nave espacial utiliza una mezcla de los relojes atómicos de rubidio y cesio para mantener el tiempo dentro de los 8 mil millonésimas de segundo por día. La serie IIF mejorará la exactitud, la intensidad de la señal, y la calidad del GPS. Desarrollado por Boeing, la serie IIF incluye un total de 12 satélites SVN-62 al SVN-73. SATELITES DEL BLOQUE II-F Satélite Fecha de Nombre Masa Cohete Banda SVN PRN lanzamiento Alterno [Kg.] Resultado GPS IIF-1 28/05/2010 Delta IV L1/L2/L5/M GPS IIF SV Exitoso GPS IIF-2 23/06/2011 Delta IV 63 Sin datos GPS IIF Delta IV 64 Sin datos GPS IIF Atlas V 65 Sin datos GPS IIF Delta IV 66 Sin datos GPS IIF Atlas V 67 Sin datos GPS IIF-7 Desconocido 68 Sin datos GPS IIF-8 Desconocido 69 Sin datos GPS IIF-9 Desconocido 70 Sin datos GPS IIF-10 Desconocido 71 Sin datos GPS IIF-11 Desconocido 72 Sin datos GPS IIF-12 Desconocido 73 Sin datos Tabla 3.6: Satélites Bloque II-F GPS 17 16, 17 Datos obtenidos de la página de la NASA

31 El primer satélite IIF (SVN-62, también conocido como EE.UU.-213 y GPS IIF SV-1) se puso en marcha el 28 de Mayo de Tras el lanzamiento del satélite se sometió a un período de prueba que estaba programada para durar entre 90 y 120 días. Se colocó en el plano B de la constelación GPS, y transmitirá el PRN-25 de la señal. PRN-25 fue transmitido previamente por EE.UU.-79 (NAVSTAR 25), que fue retirado a finales de 2009 después de casi 18 años de servicio. Si hablamos de precisión de la señal se espera que sea el doble que la de sus predecesores. El 27 de Agosto de 2010 fue declarado oficialmente operacional. Siguiendo con datos recavados a partir de Abril de 2011, solamente existe 1 satélite de la serie IIF en la constelación GPS. Formaron parte de equipamiento de cada satélite dos paneles solares y un sistema de propulsión, los paneles solares se utilizan para recargar los acumuladores de níquel-cadmio que permiten el funcionamiento mientras el satélite pasa por la sombra de la Tierra. Desde el sistema de control terrestre es posible activar los sistemas de propulsión con el objetivo de corregir las orbitas de cada satélite o incluso cambiar de posición dentro de la misma orbita Bloque III de satélites GPS Actualmente este bloque de satélites esta en desarrollo por Lockheed Martin la serie GPS III es el último bloque de satélites GPS (SVN-74 y más). GPS III proporcionará señales más potentes además de la fiabilidad de señal mejorada, la exactitud e integridad, todo lo cual incrementará la precisión, navegación y temporización. La primera serie de estos satélites es designado GPS IIIA. Dos satélites GPS III se producirán con una opción de compra de otros 10 satélites. Las futuras versiones contará con mayor capacidad para satisfacerlas demandas de los usuarios militares y civiles por igual. SATELITES DEL BLOQUE III Satélite Fecha de Nombre Masa Potencia Cohete Banda SVN PRN lanzamiento Alterno [Kg.] [W] Resultado GPS III Sin datos Las mejoras: Tabla 3.7: Satélites Bloque III GPS IIIA: Cuarta señal GPS civil (L1C) para la interoperabilidad internacional. IIIA: Esperanza de vida de diseño de 15 años. Futuro: Alerta de socorro por satélite (DASS) para la búsqueda y rescate. Futuro: Satélite cruzados para el comando rápido y público reducido de datos IDENTIFICACIÓN La identificación de los satélites puede hacerse de varias formas: Por su orden de lanzamiento o número NAVSTAR (SVN) Por la orbita y posición que ocupa en ella. Un ejemplo sería el satélite 3D, que corresponde al satélite número 3 del plano orbital D. 18 gps.gov/systems/gps/space

32 Por su PRN o Ruido Pseudo Aleatorio (Pseudo Random Noise) característico y exclusivo de cada satélite. En los códigos de transmisión existen características de ruido pseudoaleatorio traducidas en bits que identifican a cada satélite de la constelación. Por el número de catálogo NASA. Por la identificación internacional constituida por el año de lanzamiento, el número de lanzamiento en el año y una letra según el tipo. Por el número IRON (Integer Range Operation Number), que es un número aleatorio asignado por la Junta de Defensa Aérea Norteamericana NORAD de Estados Unidos y Canadá. Pero fundamentalmente en la técnica GPS, los satélites se identifican por su PRN RELOJES DE LOS SATÉLITES Los relojes de los satélites, son en realidad osciladores atómicos, los que por su alta frecuencia y la gran estabilidad de la misma, permiten efectuar mediciones de tiempo con elevada precisión. La estabilidad se f caracteriza por el elevado, donde f indica la variación de la frecuencia posible en un periodo dado (por f ejemplo un día) y f indica la frecuencia propia de reloj. A continuación se muestra una tabla de valores de los diferentes tipos de relojes atómicos. Tipo de Reloj Frecuencia de oscilación (GHz) Estabilidad f / f Tiempo para perder un segundo Cuarzo 0, años Rubidio años Cesio años Hidrógeno años Tabla 3.8: Tipos de Reloj Atómicos Todos disponen de osciladores atómicos de cesio, salvo los SVN 24, 27 y 31 que lo tienen de rubidio. Los mensajes, compuestos por señales sincronizadas de tiempo, parámetros de posición e información adicional, se transmiten por medio de emisiones correspondientes a la banda L del espectro y ello debido a la buena transparencia atmosférica que presentan las frecuencias de radio con longitudes de onda correspondientes al intérnalo L (390 MHz 1550 MHz), así como por la facilidad de capturar estas señales con antenas de gran sencillez. Los circuitos emisores receptores de los centros de control operan en la banda S, y tienen la finalidad de intercambiar información con los satélites para la corrección de sus órbitas. La posición de un punto en la Tierra se calcula mediante la captura de las señales transmitidas y su fundamento, es la medición de la distancia entre el emisor (satélite) y el receptor terrestre, por aplicación de la fórmula: Donde: e = V T V= velocidad de las ondas en el vacío; V = m/s (velocidad de la luz) T= tiempo transcurrido en el trayecto del mensaje o incógnita a determinar. La determinación de tiempo se calcula conociendo el intervalo transcurrido entre el momento de la emisión y el transcurrido hasta su recepción, periodo que se puede conocer por la sincronización de códigos iguales entre el emisor y el receptor. Al recibir el receptor un determinado código, mide la diferencia de tiempo transcurrida entre el código emitido por el satélites y la recepción de igual código en el receptor. Para realizar esta medida con alta precisión, los satélites utilizan de 2 a 4 osciladores atómicos de rubidio. El oscilador que controla el emisor posee una frecuencia fundamental de 10,23 MHz, sobre la que se estructura todo el conjunto de la señal radiodifundida, denominándose a su escala de tiempo como GPS-Time. Escala uniforme e independiente de las variaciones de rotación de la Tierra, la cual tiene como origen el tiempo universal combinado (UTC), correspondiente a las cero horas del día 6 de enero de

33 SEÑAL DE LOS SATÉLITES. Los satélites de la constelación NAVSTAR constan de un oscilador antes mencionado que genera una frecuencia fundamental v0 de 10,23 MHz. A partir de esta frecuencia fundamental se generan dos portadoras en la banda L de radiofrecuencia, denominadas L1 y L2. Además, existen dos formas de código pseudoaleatorio que se modulan sobre estas portadoras, son los códigos C/A y P, además de un mensaje, que da la información de los parámetros orbitales del satélite y del estado del reloj. Los códigos son una secuencia de +1 y - 1, correspondientes a los valores binarios de 0 y 1 respectivamente. Los componentes de la señal y sus frecuencias son: COMPONENTES FRECUENCIA (MHz) Frecuencia Fundamental v 0 10,23 Portadora L1 154 v ,42 Portadora L2 120 v ,60 Código P v 0 10,23 Código C/A v 0 / 10 1,023 Código W v 0 / 20 0,5115 Mensaje de Navegación v 0 / x 10-6 Tabla 3.9: Frecuencias Fundamental GPS El código C/A (course adquisition), que es el menos preciso, se repite cada milisegundo, dando como resultado un código de 1023 chips, siendo la longitud aproximada de cada chip de unos 300 metros. Este código está declarado de uso civil para todos los usuarios. El código preciso P se compone de 2,3547 x bits y se repite aproximadamente cada 266,4 días. Este código lleva una palabra denominada HOW que indica en que momento del código está cuando el receptor empieza a recibirlo, de este modo el receptor engancha el código y empieza a medir. El código P es secreto y de uso militar. Se origina a partir de la combinación de dos secuencias de bits, generados a partir de dos registros. La longitud de cada chip es de 30 m. Con el fin de proteger el código P, éste se encripta usando un código W, dando lugar al código Y. Si el código W está en curso se habla de que está conectado el A/S (Anti-Spoofing). El mensaje de navegación es mandado por los satélites, y consta esencialmente de información sobre el reloj de los satélites, parámetros orbitales (efemérides), estado de salud de los satélites y otros datos de corrección. El mensaje consta de 25 grupos de 1500 bits cada uno y divididos en cinco celdas. Cada grupo se transmite con una frecuencia de 50 Hz. y tarda 30 segundos. Esto supone que el mensaje modulado completo sobre ambas portadoras tiene una duración de 12 min. 30 seg. Por razones de índole militar, se introduce un error intencionado en las efemérides radiodifundidas de los satélites, denominado Disponibilidad Selectiva (SA). Esto repercute en el posicionamiento sobre el sistema de referencia WGS84, ya que si la posición de los satélites que nos sirven de referencia está alterada nuestro posicionamiento no se va a realizar en dicho sistema, sino que se va a efectuar en un sistema arbitrario, con un error mayor o menor en función de la cantidad de SA que exista en ese instante. Este problema es importante en posicionamientos absolutos, ya que no podemos saber la posición correcta. Sin embargo, en posicionamientos diferenciales nos afecta en posición pero no en precisión, ya que la posición relativa de un punto respecto a una referencia (sus incrementos de coordenadas) no está afectada de este error SEÑAL GPS MODERNAS. L2C ( MHz). Permite el desarrollo de receptores civiles de dos frecuencias, que consienten en introducir una corrección a los errores de retardo en la ionosfera. Es interoperable con el sistema japonés QZSS

34 L5 ( MHz). Se trata de un servicio de radionavegación aeronáutica para labores de seguridad y salvamento. Será compatible con Galileo, GLONASS y QZSS, con el objetivo de ser interoperable. Se transmitirá su señal con más potencia que las señales civiles actuales y tendrá mayor ancho de banda. Su frecuencia más baja facilitará su utilización en interiores. L1C ( MHz). Obedece a un acuerdo entre EE.UU. y la U.E. de tener una señal L1 compatible e interoperable con Galileo. Tendrá más potencia que la L1. Código M. Es el código militar modernizado. Empleará una modulación similar a la de la señal de Galileo SEGMENTO DE CONTROL Las funciones principales del segmento de control, denominado internacionalmente con las siglas OCS (Operational Control Segment) son: Monitoreo y control permanente de los satélites con el objeto de determinar y predecir las orbitas y los relojes de a bordo. Sincronización de los relojes de los satélites con el tiempo GPS Transmisión, a cada satélite, de la información procesada. El segmento de control del GPS está compuesto por los siguientes elementos: Estación de control maestra (MCS): situada en Colorado en la base Schnever de la US Air Force. Existen además dos estaciones de reserva en California y Maryland. Estaciones de control (MS): situadas por todo el Globo terráqueo (Hawai, Kwajalein, Ascension Island, Diego García, Colorado Springs), tres de ellas poseen antenas que transmiten información a los satélites (Ascension Island, Diego García, Kwajalein), mientras que otras dos no. Y también distribuidas de la misma manera están las Antenas Terrestres (GA). 19 Se conoce de manera muy precisa la posición de cada una de estas estaciones de monitoreos de acuerdo con las mediciones realizadas por el World Geodetic System en el 1972 y posteriormente en 1984, equipadas con receptores doble frecuencia L1/L2 y un reloj de cesio. De ésta forma se puede conocer la precisión del GPS, ya que al calcular la posición de la estación por triangulación a partir de la información que envían los satélites GPS, se calcula la desviación sobre la posición exacta (medida) de la estación. Las órbitas predeterminadas y programadas en los sistemas de navegación del satélite se conocen con el nombre de Almanaques. Su trayectoria es bastante precisa al no existir secciones atmosféricas de consideración; no obstante, están afectadas por errores debidos a la atracción gravitacional de la Luna y el Sol y a la presión de la radiación solar sobre el satélite. Debido a ello, las estaciones de control terrestre realizan cálculos de posición cada cierto intervalo de horas. Estos cálculos dan lugar a la definición de una nueva órbita, y las correcciones a las que emite junto con la información del tiempo. Las órbitas así calculadas y con sus datos de corrección incorporados se conocen como Efemérides. Dichos datos se envían a la MCS, que los procesa y aplica las correcciones necesarias en cuanto a órbitas y mensaje de navegación del satélite. Por último dichas correcciones se transmiten por las estaciones de control que poseen antenas de tierra, que a su vez pueden aplicar correcciones de reloj, comandos de telemetría y otros mensajes, siendo una función exclusiva de la MCS la corrección de la órbita de los satélites. 19 Apuntes de clases-del Bianco, David García Álvarez Sistema GNSS, GPS posicionamiento global-huerta, Mangiaterra, Noriega

35 La transmisión de correcciones se realiza tres veces al día. En caso de fallo de la MCS, las dos estaciones de reserva (Backup) estarían listas para funcionar de forma inmediata sin que se alterara el normal funcionamiento del sistema en ningún momento ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO DEL SEGMENTO DE CONTROL Figura 3.2: Segmento Control GPS. Como se puede ver en la figura 2.5, el segmento de control esta integrado por 11 estaciones. 1) Colorado Spring (Schnever AFB - USA, Estación de Control Maestra) 2) Isla Ascensión (Atlántico Sur, Estación de Monitoreo) 3) Diego García (Indico, Estación de Monitoreo) 4) Kwajalein (Pacifico Occidental, Estación de Monitoreo) 5) Hawai (Pacifico Oriental, Estación de Monitoreo) 6) Quito (Ecuador, NGA Estación de Monitoreo) 7) Buenos Aires (Argentina, NGA Estación de Monitoreo) 8) Hermitage (Inglaterra, NGA Estación de Monitoreo) 9) Bahrein (Golfo Pérsico, NGA Estación de Monitoreo) 10) Smithfield (Australia, NGA Estación de Monitoreo) 11) Washington DC (USA, NGA Estación de Monitoreo) 20 David García Álvarez Sistema GNSS,

36 Figura 3.3: Estaciones del Segmento de Control 3.4. SEGMENTO USUARIO Este segmento esta dirigido exclusivamente para los equipos de medición topográfica y geodésica. Esta constituido por los instrumentos utilizados para receptores y procesar la señal emitida por los satélites. Estos instrumentos están integrados esencialmente por una antena y un receptor. Un equipo complementario es usado, en ocasiones, para transferir datos entre receptores. La antena esta conectada por un cable al receptor o en otros casos forma una sola unidad. Las coordenadas que se calculan corresponden centro radioeléctrico de la antena. El receptor consta de un mínimo de 4 canales (con el avance tecnológico se ha llegado a 172 canales) que permiten recepcionar y procesar simultáneamente la señal de cada satélite. Posee además un oscilador de cuarzo que permite generar la frecuencia de referencia para realizar la observación, debido a que cada receptor tiene almacenado en su memoria las replicas de todos los PRN. Así cuando recibe la emisión satelital puede efectuar el reconocimiento del satélite correspondiente. Un microprocesador interno con el software correspondiente calcula las coordenadas de la antena y la velocidad y acimut si el aparato está en movimiento. También consta con una memoria para poder almacenar las observaciones. La capacidad de esta memoria varia de acuerdo al tipo de receptor, pudiendo llegar a almacenar información durante varias decenas de horas. Todo equipo adiciona una unidad de alimentación eléctrica que deberá brindar al receptor la autonomía necesaria. Los equipos están en continuo desarrollo y su evolución es comparable a la experimentada en informática durante las últimas décadas para los ordenadores personales INFORMACIÓN EN EL RECEPTOR Una vez en funcionamiento, el receptor puede ofrecer al operador una muy amplia y diversa información sobre el proceso de observación, mientras recibe las señales de los satélites. Aunque varia entre diferentes modelos, se suele disponer de la información siguiente: Satélites locales Satélites en seguimiento

37 Intensidad de cada señal recibida Condición de cada satélite en movimiento Posición: longitud, latitud, altitud Calidad de la geometría de observación Según la precisión con que se puede obtener los resultados, podemos clasificarlos en receptores: Geodésicos, Topográficos o Navegadores SERVICIOS GPS El GPS provee de dos niveles de servicio conocidos como SPS y PPS: SPS: es el servicio que está disponible a nivel global para todos los usuarios de GPS de manera gratuita. Al inicio su precisión horizontal era de unos 100 metros y vertical de 156, debido a la Disponibilidad Selectiva (SA) actualmente en desuso. Su precisión de temporal es de 340 ns con respecto al UTC. En la actualidad, sin la SA la precisión depende del número de satélites siendo de entre 10 y 20 m para al menos cuatro satélites. En la figura siguiente se detalla el momento de la desactivación de la SA, la cual se puede observar que disminuye considerablemente el error de posicionamiento. Figura 3.4: Estaciones del Segmento de Control PPS: es el servicio militar de alta precisión, velocidad y servicio temporal, dirigido sólo a los usuarios autorizados por los EEUU. Permite una precisión de 2,2 metros horizontales, 27 metros verticales. Su uso militar excluye a los usuarios no autorizados encriptando dicha información SISTEMA DE TIEMPO GPS El sistema GPS utiliza su propio sistema de tiempo, llamado Tiempo GPS (TGPS). Mantiene una desviación constante de 19 segundos con respecto al Tiempo Atómico Internacional (TAI), Coincidió con el Tiempo Universal Coordinado (UTC) en la época inicial TGPS, fue en la fecha 6 de Enero de Su unidad es el segundo del Tiempo Internacional, por lo que es una escala uniforme y continua. 21 David García Álvarez Sistema GNSS,

38 Las diferencias entre el TGPS y UTC no es constante, se relacionan a través de los segundos intercalares. El control del tiempo en GPS es el principal factor de impresición. Por otra parte, el GPS es una herramienta muy valida para la transmisión de tiempo. Dt s TDT s TAI s UTC 13 s TGPS 6 de Enero T Figura 3.5: Tiempo GPS A partir del tiempo GPS se definen las unidades derivadas del tiempo GPS, estas son: El día GPS (DOY): numero del día dentro del año calculado en el intervalo 1-365, en caso que sea bisiesto, La semana GPS (GPS week): semana transcurrida desde el 6 de Enero de 1980 a 0 hs del UTC, las semanas GPS tienen un ciclo de 1024, y el primer ciclo se alcanzó en la noche del 21 al 22 de Agosto de 1999, llamado GPS Week Rollover El día de la semana que es la numeración de días dentro de cada semana en la que corresponde el 0 para el Domingo y 6 para el Sábado EFEMÉRIDES DIA CONVENCIONAL 17 de Junio 2011 DIA DEL AÑO (DOY) 168 SEMANA GPS 1640 DIA DE LA SEMANA GPS 4 (Jueves) Tabla 3.10: Ejemplo de tiempo GPS Las efemérides es la información enviada por los satélites, dando la posición precisa de los mismos. Esta información cambia frecuentemente, siendo actualizada por las estaciones de seguimiento de la Tierra. Los parámetros orbitales de los satélites se van actualizando a medida que su movimiento se ve alterado por la atracción del Sol y la Luna, la diferencia de gravedad entre distintas zonas de la corteza terrestre, viento solar, etc. Un período de cambio típico sería de 4 horas. Ya se ha comentado que el sector de control está formado por cinco estaciones centrales de seguimiento que controlan los satélites. Todos los datos se envían a la central donde se procesan y se calculan las efemérides, los estados de los relojes y toda la información que luego se transmite y almacena en la memoria de cada satélite para su radiodifusión. La precisión final alcanzable depende de las efemérides

39 EFEMÉRIDES TRANSMITIDAS Cada satélite de la constelación GPS transmite en el mensaje sus efemérides. Por este motivo reciben el nombre de transmitidas. Estas efemérides han sido previamente cargadas al satélite por parte del segmento de control. Al ser enviadas en tiempo real por los satélites, las efemérides transmitidas son predicciones de los parámetros reales. La predicción de estas órbitas se hace a partir de las pseudodistancias registradas en las cinco estaciones del segmento de control. Básicamente, las efemérides transmitidas contienen seis parámetros que definen una órbita normal, referida a una determinada época y nueve parámetros adicionales que permiten determinar las correcciones para modelar el movimiento perturbado. Todos estos parámetros son actualizados cada hora y solamente deberían ser utilizados en un intervalo de cuatro horas en torno a la época de referencia. Es decir el usuario recibe esta información en el instante de observación, contenida en la señal del satélite, estos pares de parámetros permiten extrapolar la ubicación del satélite dos horas antes y dos horas después del tiempo de referencia haciendo un total de cuatro horas. La estación de control maestra las envía al satélite y este al usuario. Parámetro Significado AODE Antigüedad de los datos de efemérides (Age of ephemeris data) te Época de referencia Elementos keplerianos referidos a la época de referencia te e, M0, w0, i0 L0 Longitud del nodo ascendente al comienzo de la semana GPS (t0)? n Variación del movimiento medio I Velocidad de variación de la inclinación? Velocidad de variación de la ascensión recta del nodo Ascendente Cuc, Cus Coeficientes correctores del argumento del perigeo Crc, Crs Coeficientes correctores de la distancia geocéntrica Cic, Cis Coeficientes correctores de la inclinación EFEMÉRIDES PRECISAS Tabla 3.11: Efemérides Transmitidas Las efemérides de precisión son determinaciones orbitales de alta precisión realizadas por diferentes instituciones, es por ello que son calculadas a posteriori, por interpolación, considerando la efectiva posición de cada satélite obtenida mediante las observaciones efectuadas desde las estaciones de control, es decir, emplean los datos de pseudodistancias y fase registrados por estaciones permanentes diseminadas por todo el mundo. Los ficheros con las efemérides son puestos a disposición pública a través de Internet. Estas efemérides proporcionan coordenadas más precisas que las transmitidas. Los ficheros de efemérides precisas básicamente contienen, en intervalos de 15 minutos, la situación y el error del oscilador de cada uno de los satélites. La situación viene dada en forma de coordenadas geocéntricas respecto al correspondiente ITRF. Los formatos de ficheros más extendidos son el denominado SP3, en código ASCII y el denominado EF18, en formato binario. Los organismo más importantes para la determinación y distribución de efemérides precisas son el International GPS Service for Geodinamics (IGS) y el Nacional Godetic Survey (NGS) ALMANAQUE Es la versión simplificada de las efemérides, permite calcular las coordenadas de los satélites en forma aproximada, su validez es de seis meses, aunque es recomendable su actualización

40 3.9. DATUM En algunos receptores aparece este término, que se refiere a los parámetros que definen el Sistema de Referencia utilizado por el receptor, por lo tanto debe prestarse especial atención a su configuración PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA GPS El sistema GPS es, en esencia, un sistema de medida de tiempos, donde el observable básico es el tiempo de retardo entre la emisión de la señal por los satélites (al menos tienen que ser cuatro) y la llegada a nuestro receptor. Cada satélite GPS transmite señales centradas en dos frecuencias de radio de microondas, 1575,42 MHz, llamada Link 1 ó L1, y 1227,60 MHz, ó L2. Estos canales pertenecen a la banda de frecuencias L (1-2 GHz). Ambas son múltiplos de la frecuencia fundamental 10,23 MHz, patrón de tiempo del sistema. Si los relojes con los que medimos estos tiempos están perfectamente sincronizados y las señales se propagan en el vacío, este tiempo de retardo nos estaría midiendo la distancia geométrica a cada satélite. Calculando la distancia a un mínimo de tres satélites y conociendo su posición podríamos, mediante trilateración, estimar nuestra posición. Conocer la posición de cada satélite con una cierta aproximación no constituye un gran problema, pues en esta misma señal se modulan los parámetros de las efemérides. Sin embargo, la sincronización de los relojes sí constituye un problema serio: una desincronización entre ambos relojes de tan sólo 4ns equivale a un error en la distancia satélite-receptor del orden de 1 metro. A pesar de que los satélites llevan a bordo relojes atómicos de gran estabilidad, el segmento de control ha de realizar un seguimiento de ellos para calcular las desviaciones que muestran respecto al patrón de tiempos GPS, información que, conjuntamente con las efemérides, radian moduladas en las señales que emiten. Sin embargo, la posibilidad de incorporar relojes de gran precisión a los equipos receptores de estas señales no es viable ya que, además de restarles movilidad, los encarecerían enormemente. La única solución consiste en añadir una incógnita más al sistema, el error del reloj del receptor, lo que incrementa a cuatro el número mínimo de satélites en vista para determinar la posición del receptor. Si hay más de 4 satélites visibles se calculan las pseudodistancias respecto a todos los satélites visibles, obteniendo así un sistema con más ecuaciones que incógnitas, lo que simplifica el cálculo de la posición. El sistema está diseñado para que sobre cualquier punto de la superficie terrestre haya al menos 4 satélites visibles. El sistema GPS además de la posición nos ofrece una referencia temporal muy exacta, esto permite: Sincronizar los relojes locales (esto tiene muchas aplicaciones, p.ej. sincronización en transmisiones...). Posibilidad de medir la velocidad a la que se desplaza el usuario a través del desplazamiento Doppler. El tiempo de retardo se estima de dos maneras básicas: mediante el código y mediante la fase PSEUDO RANGO SOBRE EL CÓDIGO. Para obtener posiciones en tiempo real, las señales emitidas por el satélite deben ser moduladas: la sinusoide pura debe ser alterada de forma que puedan hacerse medidas del retardo del tiempo. Esto se realiza modulando la fase de las ondas a transmitir con códigos, que consisten en secuencias de valores binarios que a primera vista parecen haber sido elegidos aleatoriamente. Tales secuencias se llaman Ruido Pseudo Aleatorio (PRN). Independientemente, se replican las mismas secuencias del código en el receptor. Alineando la secuencia replicada con la recibida y conociendo el instante en que la señal fue emitida por el satélite, puede calcularse el tiempo del viaje y, así estimarse la distancia. Cada satélite genera su propio código único, ortogonal al del resto, con lo que es sencillo para un receptor identificar que señal viene de cada satélite incluso cuando llegan señales de varios satélites a su antena simultáneamente. A tales medidas se las conoce como pseudo rango y no son más que la diferencia entre el tiempo de recepción de la señal en el receptor y el de emisión en el satélite, escalados por la velocidad de la luz en el vacío ( m s 1 ) GPS posicionamiento global-huerta, Mangiaterra, Noriega. 23 Teunissen y Kleusberg, 1998b

41 La señal GPS se emite en dos frecuencias y sobre cada una de ellas se modula un código (C/A sobre L1 y el código P sobre ambas). En total, tenemos tres tipos de observables de pseudo rango: C1, P1 y P FASE DE LA PORTADORA. La fase de la portadora también se puede utilizar para medir el tiempo de retardo de la señal. Esta medida se realiza a partir de la diferencia entre la fase que genera nuestro receptor en el momento de la recepción de la señal y la fase generada por el satélite en el momento de la transmisión. Aunque la fase de un ciclo particular de una onda pueda medirse con mucha precisión, cada ciclo particular es como el siguiente, con lo que no es posible saber exactamente cuantos ciclos hay entre el satélite y el receptor. De modo que para relacionar esta diferencia de fases con el camino recorrido por la señal, hemos de añadir un número entero de longitudes de onda (ambigüedad de fase). Dado que tenemos dos frecuencias, podremos medir la fase en cualquiera de las dos: L1 y L MENSAJE DE NAVEGACIÓN (NAV DATA) El mensaje de navegación está constituido por los siguientes elementos: Efemérides (son los parámetros orbitales del satélite). Información del tiempo (horario) y estado del reloj del satélite. Modelo para corregir los errores del reloj del satélite. Modelo para corregir los errores producidos por la propagación en la ionosfera y la troposfera. Información sobre el estado de salud del satélite. Almanaque, que consiste en información de los parámetros orbitales (constelación de satélites). Se transmite a un régimen binario de 50 bps y se tarda 12 min. 30 seg. en enviarlo completamente FUENTES DE ERROR INTRODUCCIÓN El error del NAVSTAR-GPS se expresa como el producto de dos magnitudes, a saber: UERE: es el error equivalente en distancia al usuario, se define como un vector sobre la línea vista entre el satélite y el usuario resultado de proyectar sobre ella todos los errores del sistema. o Este error es equivalente para todos los satélites. o Se trata de un error cuadrático medio. DOP (Dilution Of precisión): depende de la geometría de los satélites en el momento del cálculo de la posición. No es lo mismo que los 4 satélites estén muy separados (mejor precisión) que los satélites están más próximos (menor precisión). El DOP se divide en varios términos: o GDOP (Geometric DOP), suministra una incertidumbre como consecuencia de la posición geométrica de los satélites y de la precisión temporal. o PDOP (Position DOP), incertidumbre en la posición debida únicamente a la posición geométrica de los satélites. o HDOP (Horizontal DOP), incertidumbre en la posición horizontal que se nos da del usuario. o VDOP (Vertical DOP), suministra una información sobre la incertidumbre en la posición vertical del usuario

42 Figura 3.6: GDOP pobre Figura 3.7: GDOP bueno Estos errores se corrigen a través de diferentes modelos que son transmitidos en el mensaje de navegación a los usuarios. Las fuentes de error son la principal limitación de la precisión que se puede adquirir a través de medidas GPS. Para los observables básicos, se distinguen las siguientes fuentes de error: ERRORES EN LAS POSICIONES DE LOS SATÉLITES Los parámetros de las órbitas como así también el error del reloj que transmite cada satélite GPS, son extrapolaciones realizadas por la estación de control a partir de estimaciones previas. Están sujetas, por tanto, a errores en la estimación y a errores de la extrapolación, mayores estos últimos cuanto mayor es el intervalo de tiempo entre la estimación y la extrapolación. En términos cuadráticos medios, estos errores pueden llegar a ser de unos 3 metros. Una manera de reducir esta fuente de error es emplear efemérides precisas calculadas con más tiempo de datos pero accesibles con posterioridad a la fecha de observación. 24 Pero como se explica este efecto? Los satélites se desvían de las órbitas calculadas por diferentes razones, sufriendo una serie de perturbaciones con respecto a la posición teórica que deberían de ocupar, entre estas podemos citar: Por la variación del campo gravitatorio y anomalías gravitacionales originadas por el efecto de terceros cuerpos tal que el Sol, la Luna y residualmente sin significación práctica otros planetas y cuerpos celestes, o debido a las irregularidades y variaciones del campo gravitatorio terrestre, consecuencia de su falta de homogeneidad y de los efectos de marea generados por la atracción conjunta lunisolar. Debido a variaciones en la presión de la radiación solar: Su efecto, resultante de la diferencia entre la cantidad de radiación incidente y la reflejada, es directamente proporcional a la sección del satélite (o proyección en la dirección de la radiación), e inverso a su masa. Los satélites más sensibles a este efecto son el tipo Globo, como los ECO, de gran sección y baja masa. En general, también depende de la orientación, intensidad y distribución espacial y espectral de la radiación incidente y de las propiedades ópticas de la superficie. Las principales fuentes de radiación que generan presión en un satélite son: la solar directa, la solar reflejada por la Tierra y su atmósfera (albedo) y la térmica emitida por la Tierra y su atmósfera. Todo ello hace que, si deseamos establecer la posición de un satélite con una gran precisión, las efemérides necesarias no pueden limitarse a las keplerianas (o alternativamente a sólo 6 básicas). Debido a la fricción del satélite con moléculas libres: Aunque ya a Km. de altitud la atmósfera es prácticamente inexistente, aún hay moléculas en flujo libre que hacen degenerar la órbita por rozamiento. Los satélites de órbita baja (tipo Km. o menor) son claramente afectados. En general su efecto depende de la velocidad, altura, geometría y características superficiales del satélite, y de la densidad y temperatura atmosférica. 24 Misra y Enge,

43 Se ha estimado que las efemérides calculan la posición de los satélites con una precisión de 20 metros. Para disminuir (e incluso evitar) esta fuente de error se han construido varios algoritmos basados en datos experimentales (empíricos), los coeficientes de estos algoritmos se transmiten al usuario a través del mensaje de navegación para que se reduzca el error debido a esta fuente de error ERROR DEL RELOJ DEL SATÉLITE. Como ya se menciono el error del reloj que transmite cada satélite GPS son extrapolaciones realizadas por la estación de control, esto es debido a que los satélites emplean relojes atómicos muy precisos, pero con el paso del tiempo pueden presentar alguna deriva. En el mensaje de navegación uno de los parámetros que se enviaban era el estado del reloj del satélite para tener controlado su funcionamiento. Debido a que el satélite está situado en un campo gravitatorio más débil se produce un adelanto del reloj y como consecuencia de la mayor velocidad que lleva el satélite se produce un retraso del reloj. Sobre estos dos efectos predomina el adelanto, por esto se diseñan para que en la superficie terrestre atrasen y al ponerlos en órbita funcionen bien, pero no se consigue totalmente debido a efectos relativistas. Todos los coeficientes se envían al usuario a través del mensaje de navegación y así la corrección de esta fuente de error es casi total ERRORES ASOCIADOS AL MEDIO EN EL QUE SE PROPAGA LA SEÑAL. La presencia de un medio distinto al vacío provoca que la diferencia de tiempos entre la emisión y acepción de la señal no dé una medida directa de la distancia entre ambos. La atmósfera terrestre influye tanto en la velocidad de propagación de las señales como en su trayectoria. La influencia de la atmósfera se suele dividir en dos partes: el efecto de la atmósfera neutra y el de la atmósfera ionizada. El primero se produce en aquellas zonas de mayor densidad de gas neutro, esto es, en las proximidades de la superficie terrestre, principalmente en la zona conocida como Tropósfera. El efecto de la componente ionizada del gas atmosférico se concentra en capas un poco superiores de la atmósfera, típicamente a partir de los 50 Km. de altitud, comienzo de la Ionósfera. El principal efecto de la Troposfera consiste en aumentar el tiempo de propagación de las señales, haciendo aumentar la distancia satélite-receptor aparente entre 2,5m y 25m. 25 Figura 3.8: Errores de la señal por Ionosfera y Troposfera. Sin embargo, la Ionosfera afecta de manera distinta a las medidas de fase y código, acortando la distancia aparente para las primeras y aumentándola para las segundas. El efecto puede variar entre pocos metros y hasta 100 metros. Para corregir este error los receptores civiles (códigos C/A y 1 sola frecuencia) usan modelos empíricos caracterizados por parámetros dependientes de la hora, latitud, estación... Todos estos parámetros se 25 Misra y Enge,

44 transmiten en el mensaje de navegación. Para los receptores que usan las dos frecuencias el método para corregir este error es más eficaz ERRORES ASOCIADOS AL EFECTO DE CAMINO MÚLTIPLE (Multipath). Se incluyen aquí los relacionados con el hecho de que la señal puede llegar a la antena del receptor por más caminos que el rayo directo. La señal puede, por ejemplo, rebotar en un objeto próximo y llegar más atenuada a la antena un poco mas tarde que el rayo directo, lo que afectaría a ambos tipos de medidas, de código y fase. Este error puede variar entre 1m y 5m para las primeras y entre 1cm y 5cm para las segundas. 26 Figura 3.9: Errores de la señal por Multipath. Como calcular este efecto, bueno los presentamos con formulas de la siguiente manera: mp1. 'mp1' es el efecto medido en metros de multicamino ('multipath') sobre L1, calculado como: Siendo: P la observación de seudo-distancia y φ la observación de la fase portadora, Para f1 y f2 frecuencias de φ1 y φ2, respectivamente. mp2. 'mp2' es el efecto (en metros) de 'multipath' sobre L2, computado según: ERRORES ASOCIADOS A LA MEDIDA DEL RECEPTOR. Normalmente se conocen bajo el nombre de ruido del receptor, que incluye errores asociados a radiaciones no relacionadas con las señales GPS que llegan a la antena del receptor, problemas con los amplificadores, cables, interferencias y otros efectos no modelados. Este ruido es altamente dependiente del modelo de receptor y del tipo de medida. Típicamente, para las medidas de código están entre 10cm y 3m, según el código empleado (P ó C/A) y 0,5mm y 5mm para las de fase Misra y Enge, Universidad de San Juan, Argentina 28 Hofmann-Wellenhof,

45 DISPONIBILIDAD SELECTIVA La disponibilidad selectiva fue eliminada el 2 de Mayo del Estuvo motivada por la excesiva precisión obtenida por los receptores civiles, por esto se decide degradar esta precisión. Esto se hace de dos formas: Haciendo oscilar el reloj del satélite. Manipulando los datos enviados por las efemérides de los satélites. Figura 3.10: Disponibilidad Selectiva. Con esto se consigue degradar el UERE hasta 37,5 metros. Los recetores militares van a disponer de los modelos de errores introducidos y ellos tendrán la precisión inicial del sistema (UERE = 66,6 m). En la figura 3.10 está la comparativa tomada en la Estación de Referencia de Hartsville, Tennessee, durante un periodo de 6,5 horas (7:30 14:00 hs UTC), donde se puede ver que se pasa de 50 metros a 5 metros de precisión DGPS (GPS diferencial) Se construyó principalmente por la introducción de la disponibilidad selectiva. Es un sistema a través del cual se intenta mejorar la precisión obtenida, a través del sistema GPS. El fundamento radica en el hecho de que los errores producidos por el sistema GPS afectan por igual (o de forma muy similar) a los receptores situados próximos entre si. Los errores están fuertemente relacionados a los receptores próximos. El GPS Diferencial consigue eliminar la mayoría de los errores naturales y causados por el usuario que se infiltran en las mediciones normales con el GPS. Estos errores son pequeños, pero para conseguir el nivel de precisión requerido por algunos trabajos de posicionamiento es necesario minimizar todos los errores por pequeños que sean. Si suponemos que un receptor basándose en otras técnicas conoce muy bien su posición, si este receptor recibe la posición dada por el sistema GPS será capaz de estimar los errores producidos por el sistema GPS. Si este receptor transmite la corrección de errores a los receptores próximos a él estos podrán corregir también los errores producidos por el sistema. Con este sistema DGPS se pueden corregir en parte los errores debidos a: Disponibilidad selectiva. Propagación por la ionosfera - troposfera

46 Errores en la posición del satélite (efemérides). Errores producidos por errores en el reloj del satélite ESTRUCTURA DEL DGPS Para realizar esta tarea es necesario tener dos receptores operando simultáneamente. El receptor de "referencia" permanece en su estación y supervisa continuamente los errores, y después transmite o registra las correcciones de esos errores con el fin de que el segundo receptor (receptor itinerante que realiza el trabajo de posicionamiento) pueda aplicar dichas correcciones a las mediciones que esta realizando, bien sea conforme las realiza en tiempo real, o posteriormente. La estación monitora que conoce su posición con una precisión muy alta y tiene: Un receptor GPS. Un microprocesador para calcular los errores del sistema GPS y para generar la estructura del mensaje que se envía a los receptores. Hay un canal de datos unidireccional hacia los receptores, por tanto: Necesita un transmisor (estación monitora). Los usuarios necesitarán un receptor para recibir estos datos. En los mensajes que se envían a los receptores próximos se pueden incluir dos tipos de correcciones: Una corrección directamente aplicada a la posición. Esto tiene el inconveniente de que tanto el usuario como la estación monitora deberán emplear los mismos satélites, pues las correcciones se basan en esos mismos satélites. Una corrección aplicada a las pseudodistancias de cada uno de los satélites visibles. En este caso el usuario podrá hacer la corrección con los 4 satélites de mejor SNR. Esta corrección es más flexible. El error producido por la disponibilidad selectiva varía incluso más rápido que la velocidad de transmisión de los datos. Por ello, junto con el mensaje que se envía de correcciones también se envía el tiempo de validez de las correcciones y sus tendencias. Por tanto, el receptor deberá hacer algún tipo de interpolación para corregir los errores producidos PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DEL DGPS Este receptor estacionario (Base) es la clave de la precisión del DGPS, ya que reúne todas las mediciones de los satélites sobre el horizonte en una sólida referencia local. El receptor de referencia (Estación de Referencia), está situado en una posición fija determinada con gran exactitud, recibe las mismas señales GPS que el receptor móvil (Rover), pero en vez de trabajar como un receptor GPS normal aborda los cálculos en sentido inverso. En vez de usar las señales de tiempo para calcular su posición, emplea su posición para calcular el tiempo. La estación de referencia conoce de antemano los parámetros orbitales, donde se supone que los satélites se han de localizar en el espacio y conoce exactamente sus coordenadas, es decir, puede calcular la distancia teórica entre la estación de referencia y cada uno de los satélites sobre el horizonte. Entonces, dividiendo esa distancia teórica por la velocidad de la luz en el vacío averigua el tiempo, en otras palabras, cuanto debería haber tardado la señal en llegar hasta él. Después compara ese tiempo teórico con el tiempo que realmente ha tardado. Cualquier diferencia existente corresponde al error o retraso de la señal del satélite

47 Figura 3.10: DGPS Una vez calculado el error en la señal de cada satélite sobre el horizonte, los receptores de referencia tienen que facilitar esta información a todos los receptores móviles de su zona de influencia, con el fin de que la utilicen para corregir sus mediciones. Puesto que el receptor de referencia no tiene forma de saber cuales de los satélites disponibles están siento utilizados en cada momento por los receptores móviles para calcular su posición, debe analizar las señales de todos los satélites visibles y calcular sus errores instantáneos. Después codificará esta información en un formato estándar y la transmitirá simultáneamente a todos los receptores móviles. En tiempo real, las estaciones de referencia transmiten las correcciones a realizar a los receptores del usuario, que también está leyendo directamente la señal GPS y toma dichas correcciones y las aplica a sus medidas, con lo cual se mejora notablemente la precisión del sistema. Los receptores móviles reciben la lista completa de factores de corrección y aplican las correcciones pertinentes a las señales de los satélites que, en particular, están utilizando. La manera de obtener las mediciones diferenciales depende del lugar del mundo donde estemos. En los Estados Unidos, es fácil adquirir correcciones DGPS vía radio y con bastante calidad de forma gratuita. En algunos países de Europa también es aplicable esta metodología. En el caso concreto de España, existe en teoría un sistema de radiodifusión de correcciones DGPS gestionado por el IGN y que se emite junto a la señal de Radio Nacional sobre FM, utilizando el sistema de codificación de información RDS. Sin embargo, las correcciones DGPS de Radio Nacional no están operativas para todo el país y a nivel profesional los datos que poseemos indican que no es muy utilizado. Sí es bastante operativo el sistema en el caso concreto de Cataluña, donde el ICC gestiona por su parte el sistema Rasant. Las precisiones utilizando DGPS vía radio pueden ir de los 5 m a 1 m. Otra manera de conseguir correcciones diferenciales es a través de la suscripción a un servicio de pago vía satélite. En este caso las correcciones vienen proporcionadas por satélites geoestacionarios cuya señal cubren casi todo el planeta. Servicios de este tipo son OmniStar o LandStar y dan servicio a casi cualquier país (salvo las zonas de latitudes muy altas). Las precisiones obtenidas vía satélite nos dan una resolución sobre el metro y tienen la enorme ventaja de que las podemos recibir en cualquier sitio, sin necesidad de tener que cargar con una estación de referencia. En aplicaciones GIS, la solución DGPS junto con un servicio de pago por satélite es muy apropiada, pues nos permite cartografiar hasta escalas 1:5.000 y con servicio en tiempo real, con lo cual podemos interactuar con nuestras bases de datos geográficas y capturar información de forma fácil y sencilla

48 COBERTURA Y PRECISIÓN DEL DGPS Tiene una cobertura de 200 Km. en torno a la estación terrena. Esta zona es donde los errores están fuertemente considerados. Se eliminan los errores del segmento espacial y de control. En cuanto al segmento de lo usuarios se eliminan los efectos de la ionosfera y troposfera y el parámetro que más afecta es el ruido del receptor. Se están desarrollando sistemas WADGPS (DGPS de área amplia) que no es otra cosa que un DGPS de gran cobertura ERRORES DEL DGPS MAGNITUD TIPICA DE LOS ERRORES (m) Precisión por satélite GPS Standard GPS Diferencial Relojes de los satélites Errores de Orbita Ionosfera Troposfera Ruido del receptor Multipath Disponibilidad Selectiva PRECISION TIPICA DE POSICION (m) Horizontal 15 (antes 50) 1.30 Vertical 24 (antes 78) D 28 (antes 93) 2.80 Tabla 3.12: Magnitud de los Errores

49 CAPITULO INTRODUCCION GLONASS (Global Orbiting Navigation Satellite System) El sistema de navegación global por satélite ruso es conocido por sus siglas como GLONASS, que derivan de (Global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema), es la contrapartida rusa al GPS, desarrollado en conjunto por el Ministerio de Defensa Ruso, Academia de las Ciencias y la Armada Soviética. El propósito oficial de este nuevo sistema era dotar de un posicionamiento espacial y temporal, a parte la de perpetrar la medida de velocidad en toda la Tierra así como en el espacio cercano, a un número ilimitado de usuarios bajo cualquier circunstancia. En 1972 se aprueba en el Comité del Partido Comunista Soviético y el Consejo de Ministros de la URSS el plan de desarrollo de GLONASS. Pero su primer lanzamiento se realizo el 12 de Octubre de 1982 a cargo de la nave El KOSMOS 1413, y el sistema GLONASS comenzó a operar oficialmente el 24 de Septiembre de 1993 por decreto del Presidente de la Federación Rusa, Boris Yeltsin. Desde aquél primer lanzamiento hasta la actualidad, la constelación ha ido pasando por diversas etapas HISTORIA A fines de los 60s y principios de los 70s, surge como sustitución del sistema doppler TSIKADA, el antiguo Ministro de Defensa Soviético desarrolló el Global Orbiting Navigation Satellite System (GLONASS). De acuerdo con fuentes rusas, las propuestas soviéticas para el uso de navegación por satélite fueron anteriores a la era espacial. Un grupo dirigido por el profesor Shebshaevich en Mozhaisky de la Academia de Ingeniería de la Fuerza Aérea investigo la posibilidad de utilizar medios radioastronómicas de navegación en base a aeronave. Los resultados de esta investigación fueron reportados en las conferencias Inter-Agencia en Octubre y Diciembre de La generación de navegación por satélite se puso en marcha en Un año más tarde, la investigación preliminar confirmó la viabilidad técnica del sistema de navegación por satélite mundial. El pleno desarrollo del sistema de navegación por satélite mundial comenzó en la URSS ya en Durante los 80s, la información acerca de GLONASS era escasa. No se sabía mucho de las órbitas de los satélites ni de las señales usadas para transmisión de las señales de navegación. Pero actualmente, gracias a estudios e investigaciones sobre este sistema, se dispone ya de gran cantidad de información. Rusia, a través del RSF (Fuerzas Especiales Militares Rusas) y del CSIC (Coordinational Scientific Information Center) publica el documento ICD (Interface Control Document). Desde su inicio, el desarrollo de GLONASS corrió a cargo de Applied Mechanics NPO, contratista principal, que desarrolló e implementó todo el sistema. Ha sido la compañía que ha diseñado los satélites y las instalaciones para su lanzamiento, así como los centros de control automatizados. En el año 1993, oficialmente el Gobierno Ruso colocó el programa GLONASS en manos de Fuerzas Espaciales Militares Rusas. Este organismo es el responsable del desarrollo de satélites GLONASS, de su 29 GPS & GLONASS María Paz Holanda Blas Juan Carlos Bermejo Ortega David García Álvarez Sistema GNSS, 2008 russianspaceweb.com/uragan

50 mantenimiento y puesta en órbita, y certificación a los usuarios. Este organismo opera en colaboración con el CSIC, como se menciono anteriormente, para la publicación de los documentos. Este documento es similar en estructura al Segmento Espacial del sistema NAVSTAR GPS, donde se describe el sistema, sus componentes, estructura de la señal y el mensaje de navegación para uso civil. El sistema se desarrolló en 3 fases: Fase 1 ( ): fase experimental del programa, en la que se refinó el concepto del sistema y se pusieron en órbita seis satélites. Fase 2 ( ): se completa la constelación con 12 satélites, lo que lo hace operativo pero no a nivel global. Fase 3 ( ): desarrollo de la constelación nominal de 24 satélites y finalización del sistema. Aunque el sistema se desarrolló entre 1982 y 1991, y se planeó para estar operativo completamente por entonces, la caída de la Unión Soviética paralizó el desarrollo del sistema, que fue retomado por la Federación Rusa, que lo declaró oficialmente operativo en 1993, si bien no fue hasta 1995 cuando se completó la constelación. Sin embargo, debido a problemas económicos durante los años 1996 a 2002 Rusia fue incapaz de mantener su propio sistema de navegación, manteniendo solamente ocho satélites operativos, lo que lo convirtió en prácticamente un sistema inútil a nivel global CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA En la actualidad, Rusia ha otorgado gran importancia al desarrollo de su GNSS, consciente de las ventajas políticas y económicas que le otorga a un país poseer su propio sistema de navegación. Considerado como patrimonio nacional ruso, el GLONASS ha de ser mantenido incondicionalmente por el Gobierno Ruso, que en la actualidad busca ampliar el número de usuarios civiles de su sistema. La constelación ha experimentado un gran progreso desde los años 1994 y Los planes de GLONASS son ofrecer dos niveles de servicio: El Channel of Standard Accuracy (CSA), similar al Standar Positioning Service (SPS) del Sistema GPS, disponible para uso civil. El Channel of High Accuracy (CHA), similar al Precise Positioning Service (PPS) del Sistema GPS, disponible solo para usuarios autorizados. La Organización Internacional de Aviación Civil (ICAO) aceptó formalmente en Julio 1996, el uso de GLONASS/CSA para uso en aviación civil, como ya se hizo en 1994 con el GPS/SPS. Al igual que en el sistema GPS, existen dos señales de navegación: La señal de navegación de precisión estándar (SP) La señal de navegación de alta precisión (HP) La primera está disponible para todos los usuarios tanto civiles como militares que deseen emplearla en todo el mundo, y permite obtener la posición horizontal con una precisión de entre 57 y 70 metros (99.7% de probabilidad), la posición vertical con una precisión de 70 metros (99.7% de probabilidad), las componentes del vector velocidad con precisión de 15 cm/s (99.7% de probabilidad) y el tiempo con precisión 1µs (99.7% de probabilidad). Estas características pueden ser mejoradas empleando sistemas diferenciales similares a los empleados con GPS y utilizando métodos especiales de medida (medida de fase)

51 PLAN DE RENOVACIÓN En la actualidad con el nuevo plan de modernización y restauración, coordinado por Roscosmos (Agencia Espacial Rusa), prevé la modernización completa del sistema. Se pretenden alcanzar acuerdos internacionales de cooperación para captar nuevos fondos, y se ha decidido promover el uso civil de GLONASS para la obtención de futuros beneficios económicos. Además se van a firmar acuerdos internacionales para que sea compatible con GPS y Galileo, y de esta manera lograr un GNSS robusto. 30 El plan de modernización consta de cuatro fases: Primera fase ( ): estado actual de GLONASS, todavía no es capaz de prestar una Capacidad Inicial Operativa como GNSS. Segunda fase ( ): planificada a medio plazo, implica el lanzamiento de satélites más modernos y el comienzo de la modernización del segmento de control, así como la puesta en marcha de nuevos servicios a través de nuevas señales. Tercera fase ( ): pretende dotar de una Capacidad Plenamente operativa a GLONASS, consolidar el desarrollo del mercado civil y completar los sistemas de aumento, así como la puesta en marchas del servicio SoL. Cuarta fase (2015- ): todavía no definido el plan más allá de Implicará el mantenimiento del sistema existente COMPOSICIÓN DEL SISTEMA El GLONASS al igual que el GPS se compone de tres segmentos, aunque el diseño adoptado para cada uno de ellos es distinto que el de GPS, si bien guardan muchas similitudes: Segmento espacial: constelación de satélites GLONASS. Originalmente se planteó una constelación de 24 satélites. Segmento de control: estaciones de control repartidas por el territorio ruso. Segmento de usuario. Figura 4.1: Composición del Sistema GLONASS 30 David García Álvarez Sistema GNSS,

52 SEGMENTO ESPACIAL El segmento espacial de GLONASS, al día 13 de Febrero de 2012, está formado por una constelación de 31 satélites en órbita, estando 24 operativos que resultan dar la combinación más eficiente, dos temporalmente en mantenimiento, uno en la etapa por entrar en el sistema, tres en una orbita de recerva y uno en la etapa de prueba de vuelo 31. Éstos están distribuidos en 3 planos orbitales separados 120º, que contienen 8 satélites a Km. de altura con una inclinación de 64.8º con respecto al Ecuador y se sitúan en orbitas casi circulares con semieje mayor de aproximadamente Km., siendo el periodo orbital de 675,8 min., o sea, que tarda 11 horas y 15 minutos en completar un período. Esto permite que sobre el 97% de la superficie terrestre se vean al menos 4 satélites de forma continua. La configuración del sistema GLONASS proporciona datos de navegación a usuarios que se encuentren incluso por encima de los 2000 Km. sobre la superficie terrestre. Si uno de los 24 satélites operativos se avería, el sistema baja al 94.7% su probabilidad de éxito. El sistema de mantenimiento de la constelación prevé la activación de uno de los satélites en reserva o el lanzamiento de 3 satélites para sustituir a los averiados o ser dejados en reserva para usos futuros. Figura 4.2: Constelación GLONASS SATÉLITES GLONASS PLANO 1 Satélite Canal 02 PLANO 2 Satélite Canal PLANO 3 Satélite Canal 10 Tabla 4.1: Planos del Sistema GLONASS Al igual que con el GPS, se han ido desarrollando distintos vehículos espaciales que componen el segmento espacial de GLONASS. Su desarrollo ha corrido a cargo de Applied Mechanics NPO en colaboración con el Institute for Space Device Engineering Ruso, y una tercera compañía, el Russian Institute of Radio Navigation and Time, ha sido la encargada de sincronización y desarrollo de otro equipo de apoyo. 31 glonass-ianc.rsa.ru

53 Los planos se numeran del 1 al 3. Cada satélite, según el plano en el que esté, se enumera de 1 al 8, del 9 al 16 y del 17 al 24 respectivamente. Desde que se empezó a desarrollar el sistema en 1982 se han desarrollado cuatro modelos de satélites Bloque I de satélites La primera generación de satélites conocida como Block I se lanzó entre Octubre de 1982 y Mayo de 1985, diseñados con un tiempo de vida de 14 meses sirvieron como prototipos para la validación del GLONASS. Uragan M Bloque II de satélites Subdividido en distintos bloques, ha sido la más numerosa hasta ahora. o Entre Mayo de 1985 y Septiembre de 1986 se lanzaron 6 satélites del Bloque IIa, tenían nuevos estándares de tiempo y frecuencia que mejoraban, con respecto de los prototipos, la estabilidad en frecuencia. Además tenían un tiempo de vida mayor, de unos 16 meses. o El siguiente fue el Bloque IIb, con un total de 12 satélites lanzados entre Abril de 1987 y Mayo de 1988, de los cuales 6 se perdieron en fallos en el vehiculo por el lanzamiento, con un tiempo de vida de 2 años y algunas mejoras. o El modelo actual es el Bloque IIv, constituido por 43 satélites, lanzados desde 1988 hasta fines de 1995 (14 de Diciembre de 1995), con un tiempo de vida de 3 años, han llegado a durar más de 65 meses en órbita apagándolos de manera temporal. Constituyen la segunda generación de satélites GLONASS. Han sido lanzados entre 2001 y 2007 un total de 14 lanzamientos programados. El Gobierno Ruso desarrolló un nuevo prototipo de satélites que iría sustituyendo a los antiguos para formar la nueva Constelación GLONASS-M. Los test con los satélites GLONASS-M comenzaron en Las principales características de la Constelación GLONASS-M son: La esperanza de vida de los satélites sería de 7 años, frente a los 3 años de los satélites de la generación anterior. Transmisión del código C/A en L2 para uso civil. Estabilidad en los relojes de 1x10-13 seg. frente a la actual de 5x10-13 seg. Mejora de las precisiones de las efemérides. Capacidad del Sector de Control para establecer la mala salud de los satélites a los 10 seg. de producirse el fallo. Transmisión instantánea del desfase entre las escalas de tiempo GPS y GLONASS. Reducción del rms (URE) a 5 m frente al valor actual de 10 m

54 Uragan K Es la tercera generación de satélites llamada GLONASS K, con un tiempo de vida de 10 años con lanzamientos programados para 2009, es más ligera e incluye mejoras con respecto a su generación anterior. Desde el primer satélite puesto en orbita, se han realizado un total de 27 lanzamientos (2 de ellos fallidos con fecha y ), poniendo en órbita un total de 73 satélites. A continuación se detalla unas series de tablas indicando características principales de cada satélite perteneciente a la red GLONASS. Peso Carga útil de masas A bordo de la fuente de alimentación Carga útil el consumo de energía Actitud de precisión en el control El panel solar orientación de precisión Uragan (11F654) kilogramos 180 kilogramos Uragan-M (11F113) kg (1,415-1,450 kg) * GLONASS-K GLONASS-K2 745 kg (935 kg) *** kilogramos 260 kilogramos vatios 1450 vatios 1270 vatios vatios 580 vatios 750 vatios - 0,5 grados 0,5 grados 0,5 grados - 5 grados 2 grados 1 grado - Vida Operativa 4 años 7 años 10 años ** - Primer lanzamiento 12 de Octubre de 1982 * De acuerdo con Roskosmos; 10 de Diciembre de (originalmente), 2009 (a finales de 2006) 2010 (a partir de finales de 2009) Tabla 4.2: Características de satélites GLONASS ** A partir de Anteriormente, la expectativa de vida del Uragan-K fue citada en años; Previstos para el año 2013 *** La masa original de 745 kilogramos demostró ser inalcanzable por el comienzo de las pruebas de vuelo en Una lista completa de todos los lanzamientos en la constelación GLONASS: Fecha de lanzamiento Tiempo de lanzamiento * 1 10/12/ :57:00 Hardware nombre Kosmos-1413 Kosmos-1414 Kosmos-1415 Vehículo de lanzamiento Proton-K 11S861 Complejo de Lanzamiento Plataforma de lanzamiento Éxito 2 8/10/ :24 Kosmos-1490 Proton-K Éxito Lanzamiento de los resultados

55 Kosmos-1491 Kosmos S /29/ :52 Kosmos-1519 Kosmos-1520 Kosmos-1521 Proton-K 11S Éxito 4 5/19/ :11 Kosmos-1554 Kosmos-1555 Kosmos-1556 Proton-K 11S Éxito 5 9/4/ :50 Kosmos-1593 Kosmos-1594 Kosmos-1595 ** Proton-K 11S Éxito 6 5/18/ :28 Kosmos-1650 Kosmos-1651 Kosmos-1651 Proton-K 11S Éxito 7 12/25/1985 Doce y cuarenta y tres 8 9/16/ :38 9 4/24/ : /16/ : /17/ : /21/ : /16/ : /10/ : /31/ : /19/ :33 Kosmos-1710 Kosmos-1711 Kosmos-1712 Kosmos-1778 Kosmos-1779 Kosmos-1780 Kosmos-1838 Kosmos-1839 Kosmos-1840 Kosmos-1883 Kosmos-1884 Kosmos-1885 Kosmos-1917 Kosmos-1918 Kosmos-1919 Kosmos-1946 Kosmos-1947 Kosmos-1948 Kosmos-1970 Kosmos-1971 Kosmos-1972 Kosmos-1987 Kosmos-1988 Kosmos-1989 Kosmos-2022 Kosmos-2023 Kosmos-2024 Kosmos-2079 Kosmos-2080 Kosmos-2081 Proton-K 11S861 Proton-K 11S861 Proton-K 11S861 Proton-K 11S861 Proton-K 11S861 Proton-K 11S861 Proton-K 11S861 Proton-K 11S861 Proton-K 11S861 Proton-K 11S Éxito Éxito Éxito Éxito Éxito Éxito Éxito Éxito Si no (transición a la competencia en la órbita elíptica con el apogeo de kilometros) Si no (transición a la competencia en la órbita de aparcamiento inicial)

56 17 12/8/ :43 Kosmos-2109 Kosmos-2110 Kosmos-2111 Proton-K 11S Éxito 18 4/4/ :47 Kosmos-2139 Kosmos-2140 Kosmos-2141 Proton-K 11S Éxito 19 1/30/ :19 Kosmos-2177 Kosmos-2178 Kosmos-2179 Proton-K 11S Éxito 20 7/30/ :59 Kosmos-2204 Kosmos-2205 Kosmos-2206 Proton-K 11S Éxito 21 2/17/ :10 Kosmos-2234 Kosmos-2235 Kosmos-2236 Proton-K 11S Éxito 22 4/11/ :49 Kosmos-2275 Kosmos-2276 Kosmos-2277 Proton-K 11S Éxito 23 8/11/ :28 Kosmos-2287 Kosmos-2288 Kosmos-2289 Proton-K 11S Éxito 24 11/20/ :40 Kosmos-2294 Kosmos-2295 Kosmos-2296 Proton-K 11S Éxito 25 3/7/ :24 Kosmos-2307 Kosmos-2308 Kosmos-2309 Proton-K 11S Éxito 26 7/24/ :52 Kosmos-2316 Kosmos-2317 Kosmos-2318 Proton-K 11S Éxito 27 12/14/ :11 Kosmos-2323 Kosmos-2324 Kosmos-2325 Proton-K 11S Éxito 28 12/30/ :35:46 Kosmos-2362 Kosmos-2363 Kosmos-2364 Proton-K 11S861 Éxito 29 10/13/ :12:44 Kosmos-2374 Kosmos-2375 Kosmos-2376 Proton-K 11S Éxito 30 12/1/ :04:43 Kosmos-2380 Kosmos-2381 Kosmos-2382 (14F17) Proton-K 11S Éxito 31 12/25/ :37:58 Kosmos-2394 Kosmos-2395 Kosmos-2396 Proton-K 11S Éxito 32 12/10/ :42:12 Kosmos-2402 Kosmos-2403 Kosmos-2404 Proton- M/Breeze-M El éxito (Uragan-M) 33 12/26/ :54 Kosmos-2402 Kosmos-2403 Proton- M/Briz-M - - El éxito (Uragan-M)

57 34 12/25/ : /25/ : /26/ : /25/ : /25/ : /25/ : /14/ : /02/ :19: /02/ : /05/ :25: /26/ :07 Kosmos-2404 GLONASS GLONASS-M GLONASS-M GLONASS-M GLONASS- M GLONASS- M Kosmos-2431, 2432, 2433 / GLONASS-M (N º 18, 19, 20) Tres GLONASS-M (N º 21, 22, 23) Tres GLONASS-M Tres GLONASS-M Tres GLONASS-M N º 30, 33, 34 Tres GLONASS-M N º 31, 32, 35 Tres GLONASS-M Tres GLONASS-M Kosmos-2471 ( GLONASS- K 1 (núm. 11)) ssianspaceweb.co m/uragan_k.html Proton-K, Bloque D Proton- K/Block D Proton-K / DM Bloque Proton-M / DM Bloque Proton-M / DM Bloque Proton-M / DM Bloque Proton-M / DM Bloque Proton-M / DM Bloque Proton-M / DM Bloque Proton-M / Block DM-3 (11? ) Éxito Éxito - - Éxito 81 - Éxito - - Éxito - - Éxito 81 - Éxito 81 - Éxito 81 - Éxito Soyuz-2.1b 43 *** 4 *** - Si no (no alcanzó la órbita) Tabla 4.3: Todos los satélites GLONASS * Decreto hora de Moscú; ** Una carga útil de 04 de septiembre 1984, el lanzamiento fue un muñeco en masa y tamaño para el ensayo de un sistema de separación. *** Lanzamiento desde Plesetsk La siguiente tabla describe la actual (Abril 2012) constelación de satélites operativos

58 Punto número Nº pl. Número de encendido. Nku Fecha de lanzamiento Fecha de entrada en el sistema Fecha de retirada del sistema Hecho Sustantivo (Meses) A A /14/09 01/30/10 26,0 + 2 A /25/08 01/20/09 37,6 + 3 A /11/11 12/08/ A /02/11 25/10/ A /14/09 10/01/10 26,0 + 6 A /14/09 01/24/10 26,0 + 7 A /11/11 18/12/ A /25/08 02/12/09 37, /02/10 04/10/10 4, /25/06 04/03/07 61, /12/07 01/22/08 49, /02/10 10/12/10 4, /12/07 08/02/08 49, /25/06 04/03/07 61, /25/06 12/10/07 61, /02/10 10/11/10 4, /11/11 12/23/ /09/08 26/10/08 40, /26/07 11/25/07 51, /26/07 11/27/07 51, /09/08 11/05/08 40, /02/10 03/28/10 4, /02/10 03/28/10 4, /02/10 03/28/10 4,23 + La adecuación de la nave informó Almanaque efemérides (UTC) : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :59 Nota Se utiliza para CI Se utiliza para CI Se utiliza para CI Se utiliza para CI Se utiliza para CI Se utiliza para CI Se utiliza para CI Se utiliza para CI Se utiliza para CI Se utiliza para CI Se utiliza para CI Se utiliza para CI Se utiliza para CI Se utiliza para CI Se utiliza para CI Se utiliza para CI Se utiliza para CI Se utiliza para CI Se utiliza para CI Se utiliza para CI Se utiliza para CI Se utiliza para CI Se utiliza para CI Se utiliza para CI

59 2 A /11/ En la etapa de puesta en marcha /02/11 6,11 En el escenario, Lee /12/07 25/01/08 12/10/11 49,7 Orbital de reserva 7 A /12/04 07/10/05 14/12/11 85,6 Orbital de reserva /12/05 31/08/06 19/12/11 73,7 Orbital de reserva 3 A /25/08 17/01/09 08/09/10 37, /09/08 13/11/08 08/31/09 40,6 SC en issled. Cap.Diseñador SC en issled. Cap.Diseñador Tabla 4.4: Satélites actualmente operativos COMPOSICIÓN DE LA CONSTELACIÓN GLONASS PARA En total, OG GLONASS Se utiliza para la finalidad prevista En la etapa de entrar en el sistema Retirada temporal por mantenimiento En la etapa de la retirada del sistema Orbital reserva 31 SC 24 SC 1 ka 2 ka 1 ka 3 ka Tabla 4.5: Resumen de Satélites SEGMENTO DE CONTROL Figura 4.3: Tipos de Satélites GLONASS El Sector de Control está formado por un Sistema Central de Control (SCC) en la región de Moscú (Golitsyno-2) y una red de estaciones de seguimiento y control (TT&C Telemetry, Tracking and Control), emplazadas por todo el área alrededor de Rusia. El Sector de Control GLONASS, al igual que el de GPS debe 32 glonass-ianc.rsa.ru russianspaceweb.com/uragan.html

60 seguir y vigilar el estado de sus satélites, determinar las efemérides y errores de los relojes de los satélites, es decir, la diferencia entre el tiempo GLONASS y la escala de tiempo UTC (SU). Además también deben actualizar los datos de navegación de los satélites. Estas actualizaciones se realizan dos veces al día. El segmento de control lleva a cabo las siguientes tareas: Monitorización del normal funcionamiento de la constelación orbital de satélites. Ajuste de parámetros orbitales de los satélites de forma continúa. Generación y carga de programas, comandos de control, e información especial. Las estaciones de control (TT&C) realizan el seguimiento de los satélites y almacenan los datos de distancias y telemetría a partir de las señales de los satélites. La información obtenida en las estaciones de control es procesada en el Sistema Central de Control (SCC) para determinar los estados de las órbitas y relojes de los satélites, y para actualizar el mensaje de navegación de cada satélite. Esta información es enviada a cada satélite por medio de las TT&C, las cuales calibran periódicamente los datos de distancias a los satélites mediante láser. Para ello, los satélites GLONASS van provistos de unos reflectores especiales. Figura 4.4: Segmento de Control del Sistema GLONASS SCC: TT & C: ULS: MS: CC: SLR: Sistema de supervisión Telemetría, Seguimiento y Control Uplink estación Estación de monitoreo Reloj central Estación de seguimiento láser La sincronización de todos estos procesos en el Sistema GLONASS es muy importante. Para conseguir esta sincronización, se dispone de un reloj atómico de hidrógeno de alta precisión, el cual determina la escala de tiempo GLONASS. Los satélites GLONASS llevan a bordo un reloj de Cesio y se sincronizan respecto a la State Etalon UTC (CIS) en Mendeleevo, a través de la escala de tiempo del sistema GLONASS. A todas estas estaciones de control debemos añadir otras estaciones de seguimiento que se utilizan para obtener los parámetros de transformación del Sistema GLONASS PZ-90 al Sistema GPS WGS-84, además de la determinación de las órbitas y observación y análisis de las anomalías de los satélites. Estos parámetros de transformación se aplican cuando se trabaja con el sistema combinado GPS/GLONASS. Estas estaciones están repartidas por todo el mundo y utilizan técnicas láser, radar y ópticas. Estos parámetros son calculados por mínimos cuadrados utilizando 9 días de datos de seguimiento. La calidad de las posiciones estimadas obtenidas a partir de GLONASS es comparable a la que se obtiene con GPS cuando la Disponibilidad Selectiva está desactivada. El valor del rms (URE) en la determinación de las órbitas para GLONASS es de aproximadamente 10 m. El Gobierno de la Federación Rusa ha declarado que GLONASS proporcionará a los usuarios civiles una precisión en toda la Tierra para el posicionamiento absoluto en tiempo real basado en medidas de código de unos

61 60 m en horizontal (99,7%) y de unos 75 m en vertical (99,7%). Los rusos han anunciado que no tienen previsto introducir ninguna medida intencionada de degradación de la precisión del sistema. Las estaciones de control de las Fuerzas Espaciales Rusas (RSF) publican unos boletines, llamados NAGUSS para los usuarios GLONASS con noticias, estado y anomalías del sistema, para así anunciar la inutilidad de alguno o varios satélites. Otras organizaciones, como GLONASS Group del Laboratorio de Lincoln de Massachusetts o el DLR-DFD Neustrelitz Remote Sensing Ground Station en Alemania, también controlan la actividad de GLONASS. Las anomalías se producen cuando los parámetros que manda el satélite en su mensaje de navegación son incorrectos y el parámetro de salud indica que está sano. El resultado es una incorrecta pseudodistancia y trae consigo posicionamientos incorrectos. Las anomalías del sistema se determinan por medio de las estaciones de control, que hacen uso del algoritmo RAIM. Esto consiste en receptores autónomos de seguimiento íntegro que detectan anomalías en la transmisión de datos, aún figurando un buen estado de salud en los mensajes de navegación y almanaques. Además, si un receptor dispone de este algoritmo RAIM puede detectar fácilmente estas anomalías SEGMENTO USUARIO El Sistema GLONASS es un sistema militar y civil. Todos los usuarios militares y civiles constituyen el Sector Usuario. El desarrollo y diseño de nuevos receptores por parte de los fabricantes está en continua evolución. Un equipo de recepción de señales GLONASS, al igual que uno de GPS, está formado por una antena y un receptor. La antena suele llevar un plano de tierra para evitar el efecto multipath, es decir, la recepción de señales reflejadas en el suelo u otros objetos, que empeoran la precisión. Los receptores disponen de un reloj para sincronizar las señales recibidas SISTEMA DE REFERENCIA: DATUM PZ-90 Las efemérides GLONASS están referidas al Datum Geodésico Parametry Zemli 1990 o PZ-90, o en su traducción Parámetros de la Tierra 1990 o PE-90. Este sistema reemplazó al SGS-85 (Soviet Geodetic System-1985), usado por GLONAS hasta El sistema PZ-90 es un sistema de referencia terrestre con coordenadas definidas de la misma forma que el Sistema de Referencia Internacional Terrestre (ITRF, International Terrestrial Reference Frame). Las constantes y parámetros del PZ-90 se muestran en la tabla 4.6. La realización del Sistema PZ-90 por medio de la adopción de coordenadas de estaciones de referencia ha dado como resultado el desfase en el origen y orientación de los ejes, así como la diferencia en escala con respecto al ITRF y al Sistema WGS-84 también. Tema que se abordara en el capitulo 7. PARAMETROS VALORES Rotación de la Tierra 72,92115 x 10-6 rad/seg. Constante Gravitacional ,44 x 10 9 m 3 /seg 2 Constante Gravitacional de la Tierra 0,35 x 10 9 m 3 /seg 2 Velocidad de la Luz m/seg. Semieje Mayor de Elipsoide m Aplanamiento del Elipsoide 1 / 298, Aceleración de la Gravedad en el Ecuador ,8 mgal Tabla 4.6: Parámetros de PZ

62 4.6. FUNCIONAMIENTO DE GLONASS Para realizar posicionamiento en 3D, medir velocidades y realizar referencias de tiempo, el sistema GLONASS emplea radioseñales transmitidas de forma continua por satélites. Cada satélite de la constelación transmite dos tipos de señal: L1 de precisión estándar (SP) y L2 de alta precisión (HP). Se emplea el sistema de múltiple acceso por división en frecuencia. Esto significa que cada satélite transmite señales en su propia frecuencia, lo que permite su identificación. Las frecuencias de estas portadoras vienen dadas por la expresión: Donde: k f = ( 178,0 + ) Z( MHz) 16 K es un valor entero entre -7 y +12 Z = 9 para L1 Z = 7 para L2 Con lo que la separación entre frecuencias contiguas es de 0,5625 MHz para L1 y 0,4375 MHz para L2. Los valores empleados para K son: Hasta 1998: entre 0 y 12 De 1998 hasta 2005: entre -7 y 12 A partir del 2005: entre -7 y 4 Si bien estos valores pueden ser modificadas en circunstancias excepcionales. Existen satélites que transmiten a la misma frecuencia, pero están situados en las antípodas (diametralmente opuesto), por lo que no pueden ser vistos simultáneamente por un usuario. El receptor GLONASS recibe señales de navegación de al menos cuatro satélites y mide sus pseudodistancias y velocidades. Simultáneamente selecciona y procesa el mensaje de navegación incluido en la señal de navegación. El ordenador del receptor procesa toda la información recibida y calcula las tres coordenadas de posición, las tres componentes del vector velocidad y el tiempo SISTEMAS DE TIEMPO GLONASS Todos los satélites del sistema GLONASS están equipados con relojes de Cesio que son corregidos dos veces al día, lo que permite una precisión de 15 nanosegundos en la sincronización de tiempos de los satélites respecto al Sistema de Tiempos GLONASS. El Sistema de Tiempos GLONASS (GLONASST) es generado en la Central de Sincronización de Tiempos de Moscú, cuyos relojes de hidrógeno tiene una variación diaria inferior a 5 x seg. El sistema GLONASS proporciona referencias de tiempo en GLONASST, mantenido en Moscú y en el sistema UTC (CIS), mantenido en el Centro Meteorológico Principal del Servicio Ruso de Tiempos y Frecuencias de Mendeleevo (VNIIFTRI). La introducción del UTC en lugar del TAI (Tiempo Atómico Internacional) se debe a que el TAI es un sistema de tiempo continuo que no tiene en cuenta la disminución de la velocidad de la tierra respecto al Sol, que en la actualidad implica 1 segundo al año, lo que significaría un problema para la sincronización con el día solar. El tiempo GPS (GPST) no es incrementado un segundo cada año, por lo que la diferencia de tiempos GLONASS y GPS no es igual cada año

63 4.8. CÓDIGOS DEL SISTEMA GLONASS Al igual que el sistema GPS, cada satélite modula su frecuencia portadora L1 con dos cadenas de secuencias PRN (Código C/A para uso civil y código P para uso militar) sumadas módulo 2 con el mensaje de navegación. La portadora L2 es modulada exclusivamente por la suma módulo 2 del código P y el mensaje de navegación. Los códigos C/A y P son iguales para todos los satélites, por lo que no permiten la identificación de los satélites como ocurre en GPS. A diferencia del GPS, el GLONASS emplea dos mensajes de navegación diferentes que van sumados en modulo 2 a los códigos C/A y P respectivamente. Ambos mensajes de navegación son transmitidos a 50 bps, y su función primaria es la de proporcionar información a cerca de las efemérides de los satélites y la distribución de los canales. La información contenida en las efemérides permite al receptor GLONASS conocer exactamente la posición de cada satélite en cada momento ERRORES DEL SISTEMA GLONASS Los sistemas GPS y GLONASS están sujetos a varios errores que afectan la precisión de la posición calculada. Estos errores en conjunto pueden estar en el rango de 10 á 25 metros, dependiendo del tipo de receptor, la posición relativa del satélite y la magnitud de otros errores ERROR IONOSFÉRICO. El error más significativo se ocasiona durante el paso de la señal del satélite a través de la ionosfera de la Tierra. La ionosfera es una capa de partículas cargadas eléctricamente, que cubre a la tierra entre aproximadamente 130 y 190 Km. sobre la superficie. Al desplazarse las señales de radiofrecuencia a través de la ionosfera, se hacen más lentas en una magnitud que varía dependiendo de la hora del día, la actividad solar y otros factores ERROR ATMOSFÉRICO. Se introduce otro error cuando la señal pasa a través de la atmósfera. El vapor de agua de la atmósfera hace más lentas a las señales de radiofrecuencia y reduce adicionalmente la exactitud del sistema DISPONIBILIDAD SELECTIVA. El Gobierno de la Federación Rusa ha declarado que GLONASS proporcionará a los usuarios civiles una precisión en toda la Tierra para el posicionamiento absoluto en tiempo real basado en medidas de código de unos 60 m en horizontal (99.7%) y de unos 75 m en vertical (99.7%). Los rusos han anunciado que no tienen previsto introducir ninguna medida intencionada de degradación de la precisión del sistema. Con la SA activada la precisión del sistema GLONASS es superior a la del sistema GPS como lo muestran las figuras a continuación

64 Figura 4.5: Distorsión horizontal, en la medición de una posición ERROR DEL RECEPTOR. Figura 4.6: Distorsión vertical, en la medición de una posición. El receptor de a bordo puede introducir una cierta cantidad de error durante las diversas etapas del procesamiento de las señales recibidas de los satélites. Estos errores pueden ser causados por el ruido térmico, la precisión del software, y el error de vías entre canales de recepción

65 ERROR DE EFEMÉRIDES (POSICIÓN) DEL SATÉLITE. Este error se refiere a que un satélite puede estar realmente en una posición un poco distinta a la que viene transmitiendo hacia los receptores DILUCIÓN DE PRECISIÓN (DOP) POR POSICIÓN. La geometría posicional de los satélites que se están utilizando para determinar la ubicación del receptor influye grandemente en la exactitud de los cálculos de la posición. Cuando se requiere de mayor exactitud se recurre a diferentes técnicas de corrección diferencial (o aumentación), los cuales comparan la posición calculada versus la posición real de un punto de referencia (medido) obteniéndose una cantidad de error que es retransmitida (generalmente por radiofrecuencias) a los usuarios para que se hagan los ajustes del caso. Dependiendo de la técnica utilizada (tiempo real, post-proceso, etc.) y las condiciones de utilización (por ejemplo estático, baja velocidad, etc.) se pueden obtener exactitudes hasta el orden de los centímetros ERROR DE MULTITRAYECTORIA. (MULTIPATH). Los efectos de la multitrayectoria de la señal GPS ocurren cuando la señal no solo es recibida directamente desde el satélite sino desde las superficies cercanas a la antena del receptor debido a la reflexión de la señal. La señal de multitrayectoria se superpone con la señal directa y produce errores de fase, los cuales traen como consecuencia medidas erradas de las distancias a los satélites. Estos efectos tienen características periódicas y pueden llegar a causar errores que alcancen amplitudes de algunos metros con las técnicas tradicionales de medida del pseudorango. Con receptores especiales que usan técnicas diferentes (carrier phase) estos errores se reducen a unos cuantos centímetros, también se puede evitar este efecto utilizando diseños de antenas apropiadas GLONASS DIFERENCIAL A finales de los años 70 comenzó en Rusia la investigación en el campo del sistema GLONASS diferencial, lo que significa que esta investigación comenzó al tiempo que se desarrollaba el sistema GLONASS. Pero, debido a diversas causas, la implementación del sistema GLONASS diferencial en Rusia no llegó a su fin. La falta de disponibilidad selectiva en el GLONASS fue decisiva para que esto ocurriera, ya que la precisión estándar del sistema resultaba suficiente para los usuarios rusos. En los trabajos en este campo volvieron a revitalizarse debido a extensión del sistema DGPS incluso en territorio ruso y a que ciertas compañías extranjeras mostraron gran interés en introducirse en el mercado ruso de equipamiento. Bajo estas circunstancias, el interés de los usuarios rusos y de los fabricantes de equipos diferenciales aumentó considerablemente y los trabajos para la creación de estaciones diferenciales para diversas aplicaciones se aceleraron. Actualmente está en proyecto la creación de sistemas diferenciales de área local (LADS) y de área regional (RADS) para el control del tráfico Aéreo y Marítimo, pero debido a la necesidad de canales específicos para la transmisión de las correcciones diferenciales, su uso por parte de usuarios particulares es problemática. En Rusia existe la tendencia a crear una red de sistemas diferenciales departamentales orientada a usuarios específicos. Estos sistemas son los LADS pero sus zonas operativas no cubren la totalidad del territorio ruso. Una posible solución sería incrementar el número de LADS para dar servicio a la totalidad del territorio, pero resulta demasiado costoso. Por este motivo, existen propuestas para emplear otro tipo de sistemas diferenciales. Para poder alcanzar los requerimientos necesarios, surge el concepto UDS (United Differential System), a fin de que el desarrollo de los WADS (Wide Área Differential System) y LADS en Rusia no se hagan aisladamente unos de otros. El UDS determina que el sistema diferencial ruso debe tener una estructura con tres

66 niveles que incluyen a los sistemas WADS, RADS y LADS. Cada nivel del UDS es el sistema autónomo llevando a cabo sus tareas. El primer nivel del UDS es el WADS y mediante las estaciones diferenciales de este 1er nivel se pueden realizar las siguientes tareas: Recoger y procesar los datos recibidos de las estaciones de monitorización, las estaciones diferenciales del 2do y 3er nivel, para corregir los parámetros del modelo regional de la ionosfera, efemérides, correcciones del reloj y datos de integridad. Transmitir la información del WADS necesaria a las estaciones diferenciales del 2do y 3er nivel o directamente a los usuarios. Interacción entre el WADS y el Centro de Control GLONASS. El número necesario de estaciones de 1er nivel está entre 3 y 5, y la precisión lograda en un área de radio entre 1500 y 2000 Km. es de entre 5 y 10 metros. Para la red de estaciones diferenciales de 1er nivel es posible la utilización de la infraestructura del Complejo Ruso de Control de Vehículos Espaciales. El segundo nivel del UDS es el RADS, que será creado para cubrir regiones desarrolladas con un buen número de usuarios y con cierta capacidad económica. Las estaciones RADS pueden ser situadas en zonas con tráfico intenso (Aéreo, Terrestre o Marítimo), zonas con condiciones meteorológicas adversas etc. La precisión obtenida es de entre 3 y 10 m en un área de radio 500 Km. El tercer nivel es el LADS, que será desarrollado en regiones específicas para proporcionar aplicaciones económicas, científicas o de defensa. También se podrá, entre otras cosas, realizar trabajos departamentales especiales como el postprocesado de datos. Las estaciones LADS permitirán una precisión de decímetros en un área en torno a varias decenas de Km. El LADS puede ser creado en versión móvil. El 3er nivel incluye también los pseudolitos. Se esperaba que el desarrollo de las RADS y LADS se llevara a cabo entre 1996 y 1997, y después serían integradas en el UDS entre 1998 y el Sin embargo desde que la constelación GLONASS fue completada en 1996 solo durante 40 días estuvieron disponibles los 24 satélites que la integran. Además el sistema acusa serios problemas con la calidad de las señales transmitidas, se han observado errores de medida de varios kilómetros. Considerando los problemas económicos de la Federación Rusa, cabe la posibilidad de que la constelación no se mantenga y deje de estar operativa en un futuro no muy lejano, aunque lo más probable es que a imagen de la estación espacial MIR, se mantenga aún por un tiempo operativa pero sin poder prestar el máximo de sus prestaciones

67 CAPITULO GALILEO FUTUROS SISTEMAS DE POSICIONAMIETO GLOBAL Galileo es la respuesta europea al nuevo panorama internacional de GNSS, constituye el primero de los llamados GNSS-2, y se espera que genere multitud de beneficios económicos y puestos de trabajo en la Unión Europea. Galileo se ha planteado como un sistema que permita ser independiente a Europa del GPS y el GLONASS, pero que sea complementario a ambos y que permita la interoperabilidad con éstos. Cuando el proyecto esté completado se dispondrá de 30 nuevos satélites que conjuntamente con GPS y GLONASS permitirá obtener un posicionamiento muy preciso 33. El escenario de Galileo es particularmente interesante porque implica a diferentes países que han buscado la forma de actuar conjuntamente para desarrollar el nuevo sistema. Con el acuerdo del 30 de noviembre de 2007 se alcanzó un consenso entre los 27 países de la Unión Europea. Ellos son: HISTORIA Figura 5.1: Miembros de la Unión Europea El programa Galileo es una iniciativa de la Unión Europea (UE) conjuntamente con la Agencia Espacial Europea (ESA), cuando en los años 80 lanzaron el proyecto NAVSAT, en la que han participado multitud de empresas de distintos países de la UE a los que se ha realizado concesiones para distintas partes del proyecto. La Unión Europea creó una organización que se hiciera cargo del proyecto y sus aspectos legislativos, la GJU (Galileo Joint Undertaking). Esta organización se hizo cargo de la definición y desarrollo del sistema hasta 33 ec.europa.eu/enterprise esa.int

68 el 1 de enero de 2007 momento en que otro organismo, la GNSS Supervisor Authority, tomó el relevo de la primera, y que velará por el cumplimiento de los objetivos del programa hasta que Galileo esté plenamente operativo, y a partir de entonces, por la explotación del sistema en la fase operativa. El proyecto Galileo se desarrolla actualmente en tres fases definidas por la Dirección General de Energía y Transportes de la Comisión Europea. Estas fases que aquí se presentan fueron definidas al inicio del proyecto, pero han sufrido modificaciones ya que el desarrollo del sistema se ha ido retrasando por el desacuerdo entre los países miembros de la Unión Europea y la falta de fondos de financiación del proyecto. En la actualidad se espera que Galileo esté operativo para 2015 con un total de 18 satélites. Y completar su total capacidad operativa de 30 satélites para el año DESARROLLO DEL SISTEMA DEFINICIÓN DEL SISTEMA ( ) Esta fase, la Comisión Europea y la Agencia Espacial Europea movilizaron gran parte de la industria europea para las distintas partes del programa, formándose alianzas a nivel nacional e internacional para participar en el proyecto Galileo. Entre los estudios y proyectos llevados a cabo por las distintas compañías, cabe destacar: GALA: encargado de suministrar los requisitos de la misión, diseñar la arquitectura global de Galileo, estudiar su conexión con otros sistemas y definir los elementos no espaciales necesarios. GEMINUS: estudio para la definición de servicios de Galileo en función de las necesidades de los usuarios. INTEG: estudio para integrar el sistema de aumento EGNOS en el proyecto Galileo. SAGA: proyecto para la estandarización de Galileo. GalileoSat: estudio sobre el segmento espacial del sistema. Como resultado de la fase de definición, la Comisión Europea en conjunto con la ESA editaron el Documento de Definición de Galileo en el que se resumen los hitos que se han alcanzado en esta fase del proyecto DESARROLLO DEL SISTEMA ( ) Para la fase de desarrollo del sistema, la EC y la ESA decidieron crear la GJU, como responsable de dicha fase. Dicha organización supervisó el trabajo de distintas empresas con el fin de desarrollar el sistema, tanto los segmentos espacial como de tierra, y validar el funcionamiento del mismo hasta 2007, luego paso a manos de la GNSS Supervisor Authority. son: En concreto para el desarrollo de sistema, que se van a llevar a cabo diversas tareas en la actualidad, que GNSS Supervisor Authority: La GSA se encargará de establecer y supervisar las PPP (Public Private Partnerships), entre el sector público y privado con el fin de financiar el proyecto Galileo. Galileo in Orbit Validation: GNSS Supervisor Authority se encargará junto con la ESA de supervisar el funcionamiento de los primeros satélites que se lancen al espacio (GIOVE) que demuestren la capacidad operativa del sistema. El primer satélite puesto en órbita fue supervisado por la GJU en FP Galileo Related Activities: GJU proveerá de una gestión técnica de proyectos que serán la base del funcionamiento de Galileo. Integración con EGNOS: GJU se encargará de gestionar la integración del nuevo sistema con el SBAS EGNOS ya desarrollado. La fase de desarrollo lleva un retraso de tres años con respecto a la planificación original, por los motivos comentados anteriormente

69 FUNCIONAMIENTO Y EXPLOTACIÓN COMERCIAL DEL MISMO (2013-EN ADELANTE) La explotación del sistema se llevará a cabo por la GNSS Supervisor Authority descrita anteriormente. Dicho organismo se encargará de la explotación comercial del sistema, permitiendo obtener unos mayores beneficios económicos por el desarrollo de aplicaciones comerciales, una gestión efectiva y la obtención de fondos para la financiación del proyecto. En la actualidad Galileo Industries SA es uno de los principales consorcios formados por distintas empresas, que se encarga de dicha fase. Está compuesta por Alcatel Space, Alenia Spazio, Astrium GMBH, Atrium Ltd y la española GSS, que agrupa distintas empresas (Hispasat, GMV, Alcatel Espacio, Sener, EADS- CASA, Indra, AENA) COMPOSICIÓN DEL SISTEMA Galileo se compone de tres segmentos al igual que el GPS y GLONASS. Aunque todavía no están completos, vamos a describir los hitos alcanzados y la planificación de cada uno. Figura 5.2: Composición del Sistema GALILEO Los componentes planificados por la ESA para el proyecto Galileo. Estos son: Componentes Globales: son el núcleo del sistema Galileo, consiste en los satélites (tanto de navegación como de comunicación), centros de misión y de control. Componentes regionales: comprenderá los conocidos como External Región Integrity Systems (ERIS), situados fuera de la Unión Europea, implementados y operados por organizaciones de países o grupos de países, que se encargarán de monitorizar la integridad de los servicios de Galileo. Componentes locales: desarrollados para mejorar las prestaciones de Galileo en aquellas zonas donde la señal no puede ser recibida. Serán desarrolladas por proveedores de servicios. Segmento usuario: recibe las señales de los satélites para distintas aplicaciones SEGMENTO ESPACIAL El segmento planificado de Galileo constará de 30 satélites en orbita terrestre media (MEO), distribuidos en tres planos de los cuales 10 satélites ocuparan cada uno de los planos, quedando 1 satélite por cada plano de repuesto. Estarán situados a una altura de Km., con una inclinación de 56º sobre el ecuador, tardando 14 horas en completar una órbita a la Tierra, de tal forma que cada 24 horas se repita la constelación, que posee además simetría esférica

70 Dicho segmento además será interoperable con el GPS Americano y el GLONASS Ruso, y podrán verse al menos 4 satélites en cualquier parte del planeta con un 90% de probabilidad, si bien en la mayor parte de las zonas del planeta entre 6 y 8 satélites serán visibles ACTUALIDAD DEL SISTEMA Figura 5.3: Constelación GALILEO Los dos primeros satélites europeos de navegación, GIOVE-A y B, fueron lanzados en los años 2005 y 2008, respectivamente, con el objetivo de reservar las frecuencias asignadas por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) y de probar en órbita la tecnología desarrollada para la nueva constelación. Figura 5.4: Lanzamiento de satélite Galileo-IOV PFM y Galileo-IOV FM2 El siguiente paso consistió en el lanzamiento de los dos de los cuatro primeros satélites operacionales (Galileo-IOV PFM y Galileo-IOV FM2) el día 21 de Octubre de 2011 a las 10:30 hs UTC, lanzados por un esa.int/esana/galileo

71 cohete Soyuz ST-B desde la base de Kourou en la Guayana Francesa, construidos por EADS Astrium, teniendo un peso de 640 kg cada uno. Para el 2012 se planea poner en orbita los restantes dos satélites, con los que se validará el diseño de Galileo tanto en el espacio como en la Tierra. Tan pronto como se haya completado esta fase de Validación en Órbita (IOV), se lanzarán los satélites necesarios para alcanzar la Capacidad Inicial de Operaciones (IOC) a fines de esta década SATÉLITES GALILEO SATÉLITE GIOVE-A (Galileo In Orbit Validation Element) Fue el primer satélite que fue lanzado al espacio, desarrollado por la ESA, sirvió para comprobar las tecnologías críticas desarrolladas por la ESA. El lanzamiento se produjo el 28 de Diciembre de El satélite comenzó a transmitir señales de forma exitosa el 12 de Enero de Estas señales sirvieron para: Verificar las tecnologías desarrolladas: incluyendo el reloj atómico de Rubidio, el generador de señales de navegación. Caracterización de las señales enviadas: incluyendo la verificación de los receptores de usuario y su resistencia a la recepción multipath, en un entorno real. Caracterización de la radiación de la órbita terrestre media: ya que ésta podría añadir campos electromagnéticos que condicionaran el diseño del sistema SATÉLITE GIOVE-B Un nuevo satélite de prueba fue lanzado a una Órbita Terrestre Media a bordo de un cohete Soyuz desde el cosmódromo de Baikonur, en Kazajstán, el 27 de abril de Tras completar una exhaustiva campaña de pruebas en órbita, el satélite fue declarado plenamente operativo en julio de SATÉLITE GIOVE-A2 Se planeo lanzarlo a partir de 2008 en reemplazo del GIOVE-B en caso de que este no cumpliera con los plazos, cabe aclarar que el costo del GIOVE-A2 supera los 25 millones de Euros. 37 La ESA lanzará los primeros cuatro satélites operativos con dos lanzamientos distintos. Los dos primeros satélites se colocan en un primer plano orbital y la segunda en un segundo plano orbital. Estos cuatro satélites, además del segmento de tierra se utilizarán para validar el sistema Galileo en su conjunto, junto con simuladores de avanzada del sistema. Entonces, los próximos dos satélites se lanzarán en un tercer plano orbital. Que será seguido por varios lanzamientos con cohetes Ariane-5 o Soyuz desde el Puerto en la Guayana Francesa. Los primeros servicios se entregarán cuando la constelación ha llegado a su configuración inicial del orbital. Cuando los 30 satélites en el espacio en sus tres planos orbitales, esto es que Galileo esté plenamente operativo, la prestación de sus servicios será a una amplia variedad de usuarios en todo el mundo. Debido a los continuos retrasos, no se sabe con exactitud cuando estará el sistema plenamente operativo, situándose la fecha de capacidad operativa inicial entre 2014 y ESTUDIO TÉCNICO DEL SEGMENTO ESPACIAL Los satélites Galileo desarrollados en la actualidad, conocidos como GIOVE, se han desarrollado para implementar el interfaz y validar el funcionamiento del sistema. 36 astrium.eads.net 37 terra.com.pr

72 Cada satélite retransmite las señales de navegación correspondientes a cada banda de frecuencias. Como ya se ha visto dichas señales se componen de un código PRN propio de cada satélite y pueden llevar datos o la portadora. Emplean CDMA como método de acceso al medio y modulan la señal a la frecuencia correspondiente resultando una señal de navegación en espectro expandido. El funcionamiento del satélite depende de cuatro relojes que determinan la frecuencia a la que funciona el sistema. Hay dos de cada tipo: Passive Hydrogen Maser Clock (PHM): es el reloj principal del sistema dotado de gran precisión. Rubidium Atomic Frequency Standard (RAFS): reloj secundario que entra en funcionamiento en caso de fallo del primero. Los elementos de los que se componen los satélites Galileo necesarios para la transmisión de la señal de navegación y la recepción de señales de tierra son los siguientes: Clock Monitoring and Control Unit (CMCU): actúa como interfaz entre los relojes del sistema y la NSGU y se asegura de que el reloj maestro del satélite esté coordinado con los de reserva. Navigation Signal Generation Unit (NGSU): se encarga de generar los mensajes y códigos de navegación, así como las señales de cada una de las bandas, usando el tipo de modulación correspondiente a cada banda y el CDMA. Frequency Generation and Modulation Unit (FGMU): modula la señal resultante del NSGU a la frecuencia de transmisión, formando así la señal de navegación. Telemetry, Tracking and Command (TT&C) Transponder: demodula tanto para una señal de espectro expandido como para una normal las señales procedentes del segmento de control, y se encarga de la telemetría del satélite. Solid-State Power Amplifier (SSPA): se encarga de amplificar cada señal manteniendo los requisitos de linealidad para optimizar la transmisión. Output Multiplexer (OMUX): combina las señales que salen de SSPA con bajas pérdidas y alta estabilidad para el retardo de grupo SEGMENTO CONTROL Como se ha explicado antes el sistema Galileo cuenta con una serie de elementos que poseen distintas funciones, elementos globales, regionales y locales explicados anteriormente COMPONENTE GLOBAL En cuanto al segmento de control el componente global de Galileo comprende dos estaciones maestras GCC que llevan a cabo funciones de control y de misión con dos segmentos dedicados en exclusiva a cada una de estas funciones: Ground Control Segment (GCS): red de cinco estaciones TT&C distribuidas por todo el mundo que prestarán el servicio necesario a los GCC para que puedan llevar a cabo sus funciones de control. Los dos GCC son los encargados de administrar los satélites y su mantenimiento en órbita. Se comunicarán con cada satélite de manera regular y programada, para ello cada estación cuenta con una antena de 13 metros capaz de operar en la banda de 2 GHz. Son el equivalente a la MCS de GPS. Galileo Mission Segment (GMS): formada por una red global de 30 estaciones, Galileo Sensor Stations (GSS), encargadas de monitorizar las señales emitidas por los satélites. Las GSS se encargarán de dos funciones; determinar la órbita y sincronización temporal de los satélites (OD&TS), y monitorizar la integridad de la señal emitida por los satélites, retransmitiendo dicha información a satélites multidifusión que enviarán la información de integridad de la señal al segmento usuario

73 La información de los mensajes de navegación e integridad se enviará a las instalaciones GMS que poseen los GCC, donde se procesará dicha información y se enviará a los satélites de Galileo a través de los Mission Uplink Stations instalados en cinco puntos, a través de antenas de 3 metros en la banda de 5 GHz SERVICIOS GALILEO Como primer Sistema de Navegación de nueva generación, Galileo ha sido diseñado para ofrecer una mayor cantidad de servicios que aquellos que fueron definidos para GPS y GLONASS. Galileo va a soportar los siguientes servicios de usuario, basados en distintas señales de navegación, descritas más adelante: Open Service (OS): el Servicio Abierto estará cubierto mediante dos señales de navegación de diferente frecuencia. El Servicio Abierto será gratuito para todos los usuarios provistos de un receptor Galileo. Este servicio está pensado para aplicaciones de uso masivo como por ejemplo: navegación automovilística e hibridación con teléfonos móviles. Comercial Service (CS): el Servicio Comercial es un servicio de pago que proporcionará información de posición y tiempo para productos profesionales y comerciales de valor añadido. Public Regulated Service (PRS): El Servicio Público Regulado, la naturaleza de las señales PRS, implican un servicio robusto y resistente a las interferencias o cualquier otra agresión accidental o deliberada. La información PRS será cifrada. Aunque las aplicaciones y los usuarios no están todavía definidos pueden establecerse los siguientes grupos: o Aplicaciones públicas dedicadas a la seguridad, como policía, protección civil, aplicaciones judiciales (control o seguimiento de personas, etc.). o Aplicaciones en sectores críticos como energía, transporte y comunicaciones. o Actividades económicas o industriales consideradas de interés estratégico para Europa. o Aplicaciones militares. Safety of Live Service (SoL): Los Servicios relacionados con la seguridad para la vida proporcionan una señal de integridad, que puede estar cifrada, ligada a un tiempo límite de alarma, como ejemplo típico puede considerarse la aviación comercial. Este servicio permitirá aterrizaje de precisión CAT- I. La combinación de Galileo con GPS podría hacer que pudieran ser utilizados conjuntamente como medio único de navegación. Servicio búsqueda y, auxilio y rescate (SAR), este será un servicio en beneficio público general accesible a todos los ciudadanos del mundo que se encuentren en una situación comprometida. Los datos SAR utilizados para confirmación de recepción del mensaje de petición de ayuda y coordinación de los equipos de rescate, estarán embebidos en los datos del Servicio Libre (OS) y emitidos en la banda L1. Las prestaciones de cada servicio son distintas, y dependerá del tipo de señal y de los sistemas de aumento a nivel local. Además de las diferencias de precisión, la diferencia más notable entre los distintos tipos de señales serán los radioenlaces que emplee cada una (serán transmitidas en distintas bandas de frecuencia), y la codificación de las mismas. Los servicios de pago serán encriptadas con un algoritmo comercial, que será desencriptado mediante un receptor especial que posea los códigos necesarios. Dado que actualmente GPS es el sistema Global de Navegación por Satélite completamente operativo, seria con el que se expondrían los principios básicos que rigen la navegación mediante satélite. Este trabajo de investigación será desarrollado en torno a este sistema, pero sus conclusiones (tanto las relativas al efecto ionosférico en las diversas aplicaciones de la navegación mediante receptores de una única frecuencia, como las técnicas desarrolladas para atenuarlo) son extrapolables a un sistema Global de Navegación por Satélite genérico DEFINICIÓN DEL INTERFAZ El interfaz de Galileo define cuatro radioenlaces a través de los cuales establece sus servicios. Dichos enlaces se conocen como E1-L1, E5 (que se divide en E5a y E5b) y E6. Cada enlace está dividido en sub-bandas (E5a, E5b, E6-A, E6-B, E6-C, E1-A, E1- B, E1-C). Por cada sub-banda del enlace se transmiten una o más

74 señales que prestan los distintos servicios. El interfaz de Galileo se muestra en la siguiente tabla donde se puede observar el mapeo entre servicios y canales por los que se transmiten, así como una breve descripción de las bandas de frecuencias y la estructura de cada señal. Tabla 5.1: Características de la señal GALILEO Para cada sub-banda del enlace se definen dos canales, uno de datos y otro de portadora que conforman la señal transmitida. El canal de datos es el resultado de la modulación del código PRN, una subportadora si está presente, y una cadena de datos de navegación. El canal de portadora está formado por el código PRN y la subportadora. Al igual que GPS, los satélites Galileo transmitirán sobre las mismas frecuencias en espectro ensanchado. Galileo empleará la técnica CDMA para distinguir la información de cada satélite. Las señales en espectro expandido serán transmitidas incluyendo códigos PRN diferentes para distintas señales y satélites ESTRUCTURA DE LA SEÑAL DE NAVEGACIÓN Figura 5.5: Señal de Navegación GALILEO El sistema Galileo transmite seis señales que conforman los distintos enlaces por los que prestará sus servicios. Cada señal tiene unas determinadas características en cuanto a su estructura, a la modulación empleada y la tasa de datos. En la Figura se muestra el espectro de cada una de las señales que se van a transmitir y la banda en que se ubican. Las señales que transmite cada satélite son:

75 Señal E1: es una señal de acceso abierto que comprende un canal dedicado a datos y otro a la portadora (L1-B y L1-C respectivamente). Se compone de códigos PRN y un mensaje de navegación (I/Nav) no encriptados a los que pueden acceder todos los usuarios. Contiene mensajes de integridad no encriptados, así como datos comerciales encriptados. Su tasa de datos es de 125 bps. La señal E1ofrece los servicios OS, CS y SoL. Señal LP1: es una señal de acceso restringido que se transmite por el canal L1- A. Tanto los códigos PRN como el mensaje de navegación, que se conoce como G/Nav están encriptados y prestan servicios gubernamentales. Señal E6: es una señal de tipo comercial que posee dos canales, uno de datos y otro de portadora (E6-B, E6-C). Sus códigos de posicionamiento y el mensaje de navegación están encriptados mediante un algoritmo comercial. Su mensaje de navegación es el C/Nav. Su tasa de datos es de 500 bps. Se usa para CS. Señal E6P: es una señal de acceso restringido que se transmite por el canal E6- A. Sus códigos PRN y el mensaje de navegación están encriptados mediante un algoritmo gubernamental. El mensaje de navegación es del tipo G/Nav. Señal E5a: es la señal de servicio abierto que se ofrece por la banda E5 e incluye los canales de información y portadora (E5b-I y E5b-Q). Sus códigos de posicionamiento y su mensaje de navegación (F/Nav) no están encriptados. Provee de información básica de apoyo a la función de navegación y función de tiempo. Se usa para OS y su tasa es de 25 bps. Señal E5b: es una señal de acceso abierto que comprende un canal dedicado a datos y otro a la portadora (E5b-I y E5b-Q respectivamente). Se compone de códigos PRN no encriptados y un mensaje (I/Nav) de navegación a los que pueden acceder todos los usuarios. Contiene mensajes de integridad no encriptado y datos comerciales encriptados. Ofrece CS, OS y servicio SoL. Cada enlace emplea un tipo de modulación distinta. En función del tipo de modulación la tasa de chips variará: Las bandas E5a y E5b se procesan como un solo ancho de banda. Las señales de E5 se transmiten usando la técnica AltBOC (15,10) con tasa de chips 10*f0=10.23 Mcps. Para E6 se utiliza la técnica BPSK con una tasa de chips de 5*f0=5.115 Mcps. Para E1 la técnica BOC con tasa f0=1.023 Mcps BEIDOU (COMPASS) Es un proyecto desarrollado por la República Popular de China para obtener un sistema de navegación por satélite. "BEIDOU" es el nombre chino para la constelación de la Osa Mayor. Este sistema actualmente consta de dos fases, una la llamada fase BeiDou-1 (compuesta por 4 satélites) la cual es puramente experimental y tiene una cobertura limitada, esta fase esta alojada en una Orbita Geoestacionaria. La fase dos, llamada BeiDou-2, es la que se encargará de brindar un servicio a nivel mundial, la misma contará con 30 satélites en una Orbita Terrestre Media, y 5 satélites en una Orbita Geoestacionaria (figura 5.6). Se prevé que cuente con 12 a 14 satélites entre 2011 y Para 2020, ya plenamente operativo deberá contar con sus 30 satélites. A principio de 2007 se pusieron 2 satélites en marcha, de momento (Abril 2012), ya tienen 10 satélites experimentales en órbita. Según informaciones oficiales ofrecerá dos tipos de servicios: el primero será abierto y podrá dar una posición con un margen de 10 metros de distancia, 0,2 metros por segundo de velocidad y 0, segundos de tiempo. El segundo servicio será autorizado solo para determinados clientes y ofrecerá servicios más precisos y con mayores medidas de seguridad. Estos servicios se centran en ocho frecuencias portadoras diferentes

76 Al igual que sus antecesores, también cuenta con una estructura de trabajo similar, esta compuesto de tres segmentos: Segmento Espacial Segmento Control Segmento Usuario El segmento de control cuenta con una Estación Principal y una serie de Estaciones de seguimiento y Estaciones de Monitoreo. El segmento usuario consiste en una terminal de usuarios BeiDou y una terminal que sea compatible con los distintos sistemas de navegación por satélites. 38 A diferencia de los sistemas GPS, GLONASS, y GALILEO, que utilizan satélites en órbitas bajas y ofrecen servicio global, BeiDou al usa satélites en Orbita Geoestacionaria implica que el sistema no requiera una gran constelación de satélites, pero limita su cobertura sobre la tierra a los satélites que son visibles. China está también asociada con el proyecto Galileo, el cual no es todavía operacional IRNSS Figura 5.6: Constelación COMPASS El Sistema Regional Indio de navegación por satélite (IRNSS) es una propuesta de autonomía regional del sistema de navegación por satélite para ser construido y controlado por el gobierno de la India.Su objetivo es proporcionar una precisión de la posición absoluta de mejor que 20 metros a lo largo de la India y dentro de una región que se extiende aproximadamente entre y kilómetros en torno a ella. Uno de los objetivos de control de la India completa se ha dicho, con el segmento espacial, segmento terreno y receptores de los usuarios están construyendo en la India. El Gobierno aprobó el proyecto en mayo de 2006, con la intención de ser implementado dentro de los seis a siete años. 38 beidou.gov.cn 39 globalsecurity.org - beidou.gov.cn

77 DETALLES TÉCNICOS Figura 5.7: Sistema regional IRNSS El sistema propuesto consiste en una constelación de siete satélites y un segmento de apoyo en tierra. Tres de los satélites de la constelación se colocará en órbita geoestacionaria y las cuatro restantes en la órbita geoestacionaria inclinada de 29º respecto al plano ecuatorial. Un arreglo de este medio a los siete satélites de radio tiene una visibilidad continua con las estaciones de control de la India. Las cargas útiles de satélites que consisten en los relojes atómicos y otros equipos electrónicos para generar las señales de navegación. Las señales de navegación se transmite en la banda S de frecuencia (4,2 GHz) y de difusión a través de una antena de arreglo de fase para mantener la cobertura necesaria y la fuerza de la señal. Los satélites pesan aproximadamente Kg. y sus paneles solares generan vatios de energía. El segmento de tierra de la constelación IRNSS consistiría en un centro de control principal (MCC), las estaciones terrestres para el seguimiento y estimación de las órbitas de los satélites y garantizar la integridad de la red (IRIM), y las estaciones de tierra adicionales para controlar la salud de los satélites con la capacidad de dar órdenes a los satélites de radio (estaciones TT & C). El MCC podría estimar y predecir la posición de todos los satélites IRNSS, calcular la integridad, hace necesario correcciones ionosféricas y el reloj y ejecutar el software de navegación. En la búsqueda de un sistema altamente independiente, una infraestructura de la India el tiempo estándar también se establecería QZSS El Sistema Quasi-Zenith Satelital (QZSS) es el sistema de posicionamiento perteneciente a Japón, utiliza satélites múltiples que tienen el mismo periodo orbital que los satélites geoestacionarios con algunas inclinaciones orbitales (sus órbitas son conocidas como "Quasi-Zenith órbitas"). Estos satélites se encuentran en varios planos orbitales, de modo que un satélite siempre aparece cerca del cenit sobre la región de Japón. El sistema hace posible ofrecer por satélite de alta precisión de posicionamiento de servicios que abarcan casi el 100% de Japón, incluyendo cañón urbano y el terreno montañoso. A través del desarrollo y la implementación de este sistema, el objetivo es mejorar la tecnología de posicionamiento por satélite de Japón y contribuir a la construcción de una sociedad segura y protegida con una mejora de posicionamiento por satélite basada en la navegación, y las tecnologías de momento. 40 nationmaster.com

78 SERVICIOS DEL QZSS Figura 5.8: Sistema Satelital QZSS QZSS mejora los servicios GPS de las siguientes maneras: Mejora la disponibilidad (la mejora de la disponibilidad de las señales GPS) a. QZSS mejora la disponibilidad de GPS autónomo para cualquier usuario que tenga visibilidad, y pueden realizar un seguimiento, uno o más satélites QZSS. Esta mejora será mayor para los usuarios en la región de Japón ya que el diseño está optimizado para la constelación de la zona. Sin embargo, los usuarios en muchas otras áreas de Asia-Pacífico también se beneficiarán de la disposición geométrica mayor posible gracias a QZSS. Esto aumenta el área y horas en que el posicionamiento es posible tanto en ubicaciones urbanas y montañosas. El sistema también mejora la precisión de posicionamiento de la transmisión de señales (L1C / A, L1C, L2C y L5), que son equivalentes a las señales del GPS modernizado. b. Debido a que las señales GPS mejora la disponibilidad de transmisión de los satélites QZSS son compatibles con las señales del GPS modernizado y se garantiza la interoperabilidad, el sistema utiliza señales GPS modernizado como base, la transmisión de la L1C / A la señal, la señal L1C, señal L2C y la señal L5.Este cambio reduce al mínimo con las especificaciones y diseños de receptores La mejora del rendimiento (aumento de la exactitud y fiabilidad de las señales GPS). a. QZSS mejora aún más la precisión del GPS autónomo a través de la corrección de datos que van siempre a través de la transmisión de las señales de la clase sub-métrica, la mejora del rendimiento L1-SAIF y LEX. QZSS también mejora la fiabilidad por medio de análisis de fallos y notificaciones del sistema de salud de datos. QZSS también ofrece otros datos de apoyo a los usuarios para mejorar la adquisición de los satélites GPS

79 CAPITULO 6 GEODESIA SATELITAL 6.1. INTRODUCCIÓN: Fue en 1880 cuando Friedrich Robert Helmert (31 julio junio 1917), definió a la geodesia como: es la ciencia encargada de la medición y representación cartográfica de la superficie terrestre. Esta definición involucra no solamente la determinación de la forma y dimensiones de la Tierra sino también la determinación del campo de gravedad terrestre. El concepto de geodesia fue posteriormente extendido y actualmente su estudio incluye la medición de los fondos oceánicos estando además ligada a la exploración espacial lo que permite estudiar, en el sentido geodésico, otros cuerpos celestes (por ejemplo: la Luna). Constituye también un tema importante de la geodesia moderna, el estudio de las variaciones temporales, tanto de las coordenadas de los puntos fijos como del campo de gravedad. En algunos aspectos (geométricos), se puede pensar a la geodesia como una continuación de la topografía. Desde ese punto de vista ambas tienen como objetivo común la determinación de las: Formas Dimensiones Ubicación de una parte de la superficie terrestre. Mientras la topografía se ocupa de pequeñas extensiones (lo que permite el uso de métodos de medición y cálculo simplificados), la geodesia tiene como meta grandes extensiones (región, provincia, países o incluso todo el planeta) RESEÑA HISTÓRICA Desde tiempos muy remotos el hombre se ha planteado interrogantes tales como Cuál es la forma de la Tierra? Cuáles son sus dimensiones? Estas preguntas dieron origen a la Geodesia. Eratóstenes (Alejandría, AC), director de la biblioteca del Museo de Alejandría, realizó la primera medición de la circunferencia de la Tierra usando una técnica extremadamente simple. La experiencia consistió en lo siguiente: en el momento en que el Sol estaba directamente sobre Siena (hoy Asuán) de modo tal que el fondo de un pozo fuera totalmente iluminado por los rayos solares, en Alejandría se efectuó la medición de la sombra proyectada por un monumento llamado gnomon de altura conocida (Figura 3.1). Así dedujo que en Alejandría el Sol estaba a 1/50 de círculo debajo del Cenit mientras en Siena estaba en la vertical. Así calculó la circunferencia de la Tierra multiplicando la distancia entre Alejandría y Siena por cincuenta. La distancia fue estimada a partir del tiempo que demandó el viaje entre ambas poblaciones el cual la realizo de un modo muy usado para la época, Eratóstenes contrato a contadores de pasos, personas que se ganaban la vida midiendo distancias caminando entre dos puntos dados con una longitud de paso muy regular y contando el número de estos pasos

80 Figura 6.1: Calculo de la circunferencia de la Tierra según Eratóstenes De acuerdo a los archivos de la época, la distancia entre Alexandría y Syene era de 5000 estadios, donde un estadio equivalía a 157,50 m, por lo que la circunferencia terrestre debería ser estadios. Gracias a esto, Eratóstenes estimó que la circunferencia de la Tierra era de km (es decir, un radio de km). Dado que el radio medio de la Tierra aceptado hoy en día es de unos km ( km de circunferencia), el error cometido estaba alrededor del 2%, una hazaña formidable para la época y los medios con que se contaba. No obstante actualmente se cree que los resultados obtenidos fueron afortunados, ya que existieron elementos de juicio equivocados en esa determinación, a pesar de lo cual esa medición del tamaño de la Tierra fue un importante progreso para la época. Durante los próximos siglos, incluida la Edad Media completa, los estudios sobre la forma de la Tierra y sus dimensiones fueron abandonados. Una nueva época en el estudio de la forma y dimensiones de la Tierra (siglo XVII) comenzó después que la ley de gravitación universal fuera enunciada por Newton. Partiendo de la suposición de que nuestro planeta en otros tiempos estuvo en un estado de líquido incandescente, Newton postuló que la Tierra debería tener una forma de esferoide aplastada en los Polos debido al movimiento de rotación terrestre que genera una fuerza centrífuga normal al eje, que adquiere un valor máximo en el Ecuador hasta anularse en los Polos. Esta teoría se podía comprobar determinando la longitud de arcos de meridianos correspondiente a una variación de latitud de un grado. Si la longitud de un arco de meridiano determinado, resultara mayor que otro mas alejado del Ecuador, quedaría demostrado el achatamiento de la Tierra en los polos. En esa época Snellius (Holanda) inicia una nueva etapa en la Geodesia al introducir el método de triangulación en los trabajos geodésicos, superando así las dificultades que ofrecían las mediciones de distancias sobre la superficie terrestre, produciendo además un considerable aumento en las precisiones. Cassini (Francia) a partir de mediciones erróneas anuncia un esferoide alargado en los polos (Figura 3.2). Se produce entonces una fuerte controversia entre ambos científicos. En el siglo XVIII se resuelve la controversia a partir de dos expediciones geodésicas que dispone realizar la Academia de Ciencias de París: una a Laponia cercana a la latitud 66º; otra al Perú cercana al Ecuador. Los resultados de estas expediciones confirmaron la concepción de Newton

81 Figura 6.2: Diferentes pensamientos de la forma de la Tierra Durante los siguientes 200 años las determinaciones del radio y aplastamiento de la Tierra se convirtieron en más precisas, a medida que las técnicas geodésicas se fueron refinando. En la primera mitad del siglo XX el método utilizado para los levantamientos geodésicos fue fundamentalmente el de triangulación basada en la trabajosa medición de una base con hilos de invar y en mediciones angulares. En la segunda mitad del siglo XX irrumpieron los electrodistanciómetros, facilitando notablemente la medición de distancias con adecuada precisión. Esto produjo una predilección por la trilateración (Figura 3.3). Figura 6.3: Medición de distancia: Triangulación, Invar, Electrónica. Sobre fines del siglo XX los Geodestas tienen acceso masivo al Sistema de Posicionamiento Global que permite el posicionamiento preciso de puntos terrestres a partir de señales provenientes de satélites artificiales diseñados, entre otros, para ese fin ASPECTOS CONCEPTUALES BÁSICOS Como ya se mencionó, la topografía y la geodesia (en su aspecto geométrico) se plantean como cuestión fundamental la determinación de las formas, dimensiones y ubicación de un sector de la superficie terrestre. Este sector puede corresponder a un área muy pequeña (algunas decenas de metros cuadrados) o a una muy grande (con extensión continental o mundial)

82 Cuando se trata de definir la forma, dimensiones y ubicación de un objeto irregular, (es el caso de la superficie de la Tierra) podemos pensar en reducir el problema a la determinación de la posición espacial de puntos adecuadamente elegidos de ese objeto, a partir de los cuales podemos inferir un resultado. Es decir que la discretización del problema planteado permite obtener una solución, que será tanto más precisa cuando mayor sea la densidad y la calidad de los puntos seleccionados. Justamente en topografía y geodesia, el punto es la entidad generadora de la superficie terrestre. El problema tal cual está planteado queda entonces resuelto si determinamos las coordenadas espaciales de los puntos mencionados (Figura 3.4). Las coordenadas pueden ser, por ejemplo, las cartesianas ortogonales x, y, z o las polares ρ, λ, β correspondientes a una terna de ejes. Figura 6.4: Coordenadas Cartesianas. Es necesario entonces definir un sistema de coordenadas terrestres, ello implica establecer la ubicación del origen del sistema y la orientación de por lo menos dos de los ejes, de tal manera que el sistema permanezca fijo respecto de la Tierra. Se define así un sistema tri-rectangular de mano derecha con origen en el centro de masas de la Tierra, con su eje Z apuntando al Polo Norte Convencional y su eje X pasando por la intersección del plano del Ecuador y del meridiano de Greenwich. Una vez concebido el sistema de referencia, se presenta un problema adicional: Cómo utilizar en la práctica el sistema previamente definido? La manera de hacerlo es a través de un conjunto de puntos fijos que previamente se materializan en forma permanente sobre la superficie terrestre y cuyas coordenadas en dicho sistema son conocidas. Estos puntos constituyen un marco de referencia geodésico. Entonces, el problema práctico de posicionamiento se reducirá a la determinación de la ubicación relativa de puntos respecto del marco de referencia mencionado SUPERFICIES DE REFERENCIA GEOIDE La palabra geoide significa forma de la Tierra y fue introducida por Johann Benedict Listing en el año El geoide es un esferoide tridimensional que constituye una superficie equipotencial imaginaria que resulta de suponer la superficie de los océanos en reposo y prolongada por debajo de los continentes y que sería la superficie de equilibrio de las masas oceánicas sometidas a la acción gravitatoria y a la de la fuerza centrífuga ocasionada por la rotación y traslación del planeta, de manera que la dirección de la gravedad es perpendicular en todos los lugares. Se define como superficie horizontal, o superficie de nivel o superficie equipotencial del campo de gravedad, a aquella que en todos sus puntos es normal a la dirección de la vertical del lugar, la cual coincide con la dirección de la gravedad en cada punto y es la dirección de la resultante de la fuerza de atracción de la masa terrestre y la fuerza centrífuga producida por la rotación terrestre (Figura 6.5)

83 Figura 6.5: Fuerzas de la Gravedad. La Tierra aparecerá entonces, laminada por superficies equipotenciales o de nivel de las cuales se destaca una, la que mejor se ajusta al nivel medio del mar; es el GEOIDE. Entonces definimos al Geoide como: Superficie equipotencial que es perpendicular en todos sus puntos a la dirección de la gravedad resultante de la atracción terrestre y la fuerza centrífuga originada por la rotación terrestre 41 La gravedad terrestre varía con el tiempo, la altura, la latitud y longitud y por la desconocida irregular distribución de masas en el interior de la Tierra. La superficie del Geoide coincide aproximadamente con el nivel medio de las aguas oceánicas, supuestas en calma y prolongadas imaginariamente por debajo de los continentes, considerando nulas las influencias de las fuerzas de gravitación de la Luna, el Sol, de los demás astros, las fuerzas de atracción del resto de los puntos de la Tierra y de la fuerza centrífuga debida a la rotación terrestre. 42 Al Geoide se le considera como la superficie del nivel medio del mar obtenido durante un largo período de tiempo de observación. Es la superficie de referencia altimétrica (Datum) en la representación de las alturas y del relieve topográfico. El Geoide es una figura extremadamente compleja de definir matemáticamente (Figura 6.6) y utilizar como referencia de los cálculos de las observaciones geodésicas-topográficas terrestres. Por ello, se emplea una figura geométrica de estructura matemática más sencilla y cuya forma difiere muy poco a la del geoide: elipsoide de revolución. Todas estas superficies tienen la propiedad común de que si se deposita sobre ellas una partícula de agua, ésta no sufrirá ningún desplazamiento. Es ahora sencillo entender por qué ese requerimiento adicional, claro, la determinación de la distancia (según la dirección de la vertical) entre puntos de la superficie terrestre y una superficie de nivel tomada como superficie de referencia nos permitirá definir, en principio, la dirección y velocidad del escurrimiento del agua entre dichos puntos. 41 CNUGGI-Subcomité de Geodesia de la Republica Argentina. 42 GPS posicionamiento global-huerta, Mangiaterra, Noriega

84 Figura 6.6: Geoide. A esta altura del análisis del problema ya se pueden identificar dos componentes de origen independiente: Una componente geométrica (coordenadas espaciales) Una componente física vinculada al campo gravitatorio terrestre (vertical o superficie de nivel). Desde ya se puede mencionar que un problema central es definir correctamente las superficies de nivel. Como ya se adelantó la configuración de estas superficies de nivel, dependerá de la distribución de masas en el interior de la Tierra, que es desconocida ELIPSOIDE DE REVOLUCIÓN Desde el punto de vista geométrico, las coordenadas cartesianas, aunque adecuadas para el cálculo, no proporcionan una idea clara e inmediata de la posición de los puntos sobre la superficie terrestre. Por esa razón, en geodesia, es usual referir la posición espacial de puntos a una superficie que aproxime la forma de la Tierra. En ese sentido se define como superficie geométrica de referencia la que corresponde a un elipsoide de revolución. La forma y dimensión del elipsoide de revolución (Figura 6.7) terrestre queda determinado por dos parámetros un semieje mayor (a) y un semieje menor (b), además es necesario definir su ubicación y orientación. Figura 6.7: Elipsoide. Tanto su forma y dimensiones, dadas por a y b, como su ubicación y orientación se obtienen tratando de ajustarlo de la mejor manera posible al geoide. El centro del elipsoide coincide así con el origen del sistema cartesiano y el semieje menor con el eje Z. (Figura 6.8)

85 Figura 6.8: Comparación Elipsoide-Geoide Es posible entonces obtener las coordenadas elipsóidicas o geodésicas B, L y h (Figura 6.9). Figura 6.9: Coordenadas Elipsóidicas. De esta manera cada sistema de referencia geodésico tendrá asociado un elipsoide de revolución. Las coordenadas geodésicas del punto P se definen de la siguiente manera: Latitud geodésica B es el ángulo entre el plano del Ecuador y la normal al elipsoide que pasa por el punto P medida en el plano del meridiano del punto. El origen de las latitudes es el Ecuador y varía entre 0 y 90 en el hemisferio norte y entre 0 y -90 en el hemisferio sur. Longitud geodésica L es el ángulo del diedro determinado por el meridiano de Greenwich, es decir el plano (x, z) y el meridiano que contiene al punto P. La longitud varía entre 0 y 180 medida desde el meridiano de Greenwich hacia el este y 0 y -180 medida desde el meridiano de Greenwich hacia el oeste. Altura geodésica h es la distancia entre el punto y el elipsoide medida a lo largo de la normal al elipsoide. La altura es positiva por encima del elipsoide y negativa por debajo de él. La utilización de este último tipo de coordenadas permite ubicar al punto en altura por medio de h (en este caso respecto del elipsoide adoptado) y determinar la posición de su proyección sobre el elipsoide por medio de B y L. Resumiendo se puede decir que tanto las coordenadas cartesianas geocéntricas (x, y, z), las polares (ρ, λ, β) como las coordenadas geodésicas (B, L, h) representan formas distintas de expresar la posición espacial de un punto. Existen fórmulas que permiten realizar las conversiones entre estos diferentes tipos de coordenadas

86 A modo de ejemplo, se puede decir que típicamente las coordenadas cartesianas rectangulares se utilizan en geodesia espacial y en microgeodésia, las polares en campo de gravedad, las coordenadas elipsóidicas se utilizan en geodesia clásica y sus representaciones planas en cartografía GEODESIA CLÁSICA La geodesia clásica realizaba sus levantamientos a partir de un punto origen al que previamente se le asignaban coordenadas elipsóidicas con el auxilio de la astronomía geodésica y de la nivelación geométrica de precisión. Este origen tiene asociado también una orientación (acimut) necesaria para el posterior levantamiento de puntos. A partir de ese origen se transportaban las coordenadas B y L a otros puntos de la red basándose en mediciones angulares, de distancias y del cálculo elipsóidico correspondiente. La tercer coordenada geodésica h (altura elipsóidica), aunque conjuntamente con B y L permiten ubicar unívocamente un punto en el espacio, en general, para la geodesia clásica fue imposible determinarla, es decir, que se trataba de levantamientos bidimensionales. Junto con las coordenadas geodésicas B y L era usual que se publicara la altitud medida respecto de una superficie equipotencial, usualmente el geoide, denominada ortométrica, la cual puede obtenerse en una primera aproximación por medio de nivelación geométrica de precisión. Por esta razón, en la República Argentina, con el uso de la geodesia clásica se han materializado sobre el territorio las siguientes redes: Por un lado, la red de puntos trigonométricos (con sus correspondientes pilares de acimut) constituida por un conjunto de puntos monumentados con las coordenadas geodésicas B (latitud) y L (longitud) correspondientes. Por otro, las redes de nivelación, referidas a las alturas de algunas estaciones mareográficas (que definen el nivel medio del mar), también materializadas por un conjunto de mojones de los cuales se determinaron las alturas ortométricas aproximadas H LEVANTAMIENTO GEODÉSICO Para la geodesia clásica ha sido imposible definir un Sistema de Referencia único para todo el planeta. Así es que existen múltiples marcos de referencia geodésicos en los que el ajuste entre elipsoide y geoide se planteaba a nivel regional, con un origen que en general se encontraba desplazado respecto del geocentro. Cabe destacar que un Marco de Referencia es la materialización de un Sistema de Referencia El procedimiento utilizado para definir este tipo de marcos de referencia regionales ha sido el siguiente: En un punto elegido como origen del levantamiento Se determinaba la altura H sobre el nivel medio de mar mediante nivelación geométrica de precisión. Se determinaban las coordenadas astronómicas: latitud ϕ, y la longitud ω mediante Astronomía Geodésica. Se determinaba un acimut astronómico de orientación en el arranque mediante Astronomía Geodésica. Se realizaba la medición de una longitud denominada base ASIGNACIÓN DE COORDENADAS DEL ORIGEN P (B, L, h) B = ϕ aproximación válida en el orden de 200 m GPS posicionamiento global-huerta, Mangiaterra, Noriega

87 L = - ω aproximación válida en el orden de 200 m El orden de las aproximaciones indicadas anteriormente se debe a que mientras las coordenadas astronómicas están referidas a la dirección de la vertical, las coordenadas geodésicas están referidas a la dirección de la normal, el ángulo entre ambas direcciones es el denominado desvío de la vertical. h = H aproximación válida en el orden de 50 m. El orden de la aproximación anterior se debe a que la altura ortométrica está referida al geoide mientras que la altura elipsóidica está referida al elipsoide. Es decir que en la geodesia clásica las redes son calculadas sobre un elipsoide propio no centrado cuya ubicación y orientación dependerá del punto de arranque elegido. En la República Argentina durante las últimas décadas y hasta mayo de 1997 el marco de referencia oficial fue el denominado Campo Inchauspe 1969 (CAI69), el que fuera definido mediante los procedimientos indicados y que son propios de la geodesia clásica. El elipsoide asociado a dicho marco es el de Hayford de Su origen y orientación espacial se ajustaron para que fuera tangente al geoide en el paraje Campo Inchauspe ubicado en la provincia de Buenos Aires GEODESIA SATELITAL A partir de las observaciones satelitales es posible determinar la posición espacial de puntos terrestres, a través de tres coordenadas que estarán referidas a un sistema de referencia global. Según la definición convencional adoptada por la Asociación Internacional de Geodesia y por la Unión Astronómica Internacional, el Sistema de Referencia Terrestre Internacional (ITRS) es una terna tri-rectangular de mano derecha, de ejes x, y, z, cuyo origen coincide con el centro de masas de la Tierra, su eje z pasa por el polo convencional terrestre definido por el Servicio Internacional de Rotación de la Tierra (IERS). Los ejes x e y son perpendiculares al eje z, con el eje x definido por la intersección del meridiano de Greenwich, también definido por el IERS, y el plano del ecuador terrestre. Con el aporte de los servicios científicos de la Asociación Internacional de Geodesia, ha sido posible materializar sobre la superficie terrestre sistemas de referencia geocéntricos en los cuales el ajuste entre elipsoide y geoide se plantea a nivel global. Cada uno de estos servicios utiliza una técnica de observación distinta: Servicio Internacional de GPS (International GPS Service. IGS) Servicio Internacional de rastreo láser (International Láser Ranging Service. ILRS) Servicio Internacional de Interferometría sobre líneas de base muy largas para geodesia y astronomía (International VLBI Service for Geodesy and Astrometry. IVS) , 46 GPS posicionamiento global-huerta, Mangiaterra, Noriega

88 CAPITULO 7 SISTEMAS Y MARCOS DE REFERENCIA GEODÉSICO PARA LA REPÚBLICA ARGENTINA 7.1. INTRODUCCION En todo trabajo geodésico, y/o cartográfico, tenemos la necesidad de ubicar o posicionar puntos sobre la superficie terrestre, lo que implica definir un Sistema de Referencia de la cual definiremos como: Un sistema de referencia geodésico es un recurso matemático que permite asignar coordenadas a puntos sobre la superficie terrestre. 47 Sistema de Referencia: es un conjunto de parámetros ideales y/o abstractos fijados a priori, que van a marcar las pautas para referir o vincular otros subconjuntos o puntos. Marco de Referencia: es el conjunto de elementos físicos visibles, que materializan y que sustentan el sistema de referencia. Datum: Origen del sistema de coordenadas. 48 En el marco de la utilización de un sistema de referencia, se debe hacer una reseña de que existen tres sistemas de referencia, ellos son: Sistema de referencia LOCAL Sistema de referencia GEODESICO Sistema de referencia GEOCENTRICOS 7.2. SISTEMA DE REFERENCIA LOCAL Un sistema de referencia local, que, como su nombre lo expresa es de cobertura reducida, no es universal. En levantamientos topográficos clásicos, se emplea generalmente un Sistema de Coordenadas Topocéntrico, el cual no es otra cosa más que un sistema local, consistente en una terna ordenada de ejes cartesianos con origen planimétrico en un punto arbitrario de la superficie terrestre. Al estar el sistema local estrechamente vinculado al campo gravífico terrestre, se lo denomina Sistema Topocéntrico Físico. El sistema de coordenadas que se emplea es muy particular, ya que como la palabra lo dice, sistema local, las mismas son elegidas arbitrariamente, no presentan ningún patrón en especial, lo cual, al trabajar de este modo vemos que estamos eligiendo dos Datum, de lo que podemos citarlos de la siguiente manera: Datum Horizontal (origen de X e Y). Ubicado sobre el plano horizontal de referencia. Datum Vertical (origen de las Z). Geoide. 47 Asociación Argentina de Geofísicos y Geodestas 48 Apuntes Del Bianco año

89 Figura 7.1: Sistema de Referencia Topocéntrico En los Levantamientos topográficos clásicos, el método de relevamiento empleado es el levantamiento Polar. Cada punto del terreno queda referenciado al Punto estación mediante las Coordenadas Polares del vector: Rumbo (φ) Distancia Cenital (z) Distancia inclinada (λ) Figura 7.2: Levantamiento Polar del sistema topocéntrico. Con lo demostrado se llega a la conclusión que este tipo de sistema de referencia es sin lugar a duda muy acotado, es decir, de uso zonal pero con ciertas limitaciones SISTEMA DE REFERENCIA GEODESICO Un sistema de referencia geodésico queda definido por la elección de un elipsoide de referencia y por un punto origen (Datum) donde es aquél en el que se hace coincidir la vertical del lugar con la normal al elipsoide y generalmente se establece la condición de tangencia entre el elipsoide y el geoide. El elipsoide así elegido y posicionado, se adapta bien la probabilidad de que esta adaptación aminore. Por esta razón los sistemas así definidos fueron utilizados por países o grupos de países permitiendo llevar adelante todos los proyectos geodésicos en sus respectivos territorios

90 Figura 7.3: Sistema de Referencia Geocéntrico. Al pasar a un sistema de referencia geodésico estamos hablando que en la zona en la cual se esta trabajando es de gran superficie, es la diferencia sustancial con un sistema de referencia local topocéntrico. Es por ello que es denominado un sistema de referencia general, porque cuando la extensión del trabajo es regional y los parámetros que definen el sistema son adoptados para un país. Es evidente que en otro punto cualquiera de la superficie terrestre, la normal al Geoide y la normal al elipsoide formarán un ángulo que se denomina desviación relativa de la vertical. Figura 7.4: Desviación relativa de la vertical. El valor de éste ángulo, dependerá del modelo de elipsoide elegido, del punto astronómico fundamental, de la forma como se realizó el traslado de las coordenadas, etc. La determinación de esta desviación en muchos puntos terrestres, nos proporciona la posibilidad de juzgar si el geoide coincide o no con el elipsoide adoptado. La desviación de la vertical, nos da al mismo tiempo la inclinación entre ambas superficies de referencias, la cual a su vez nos permite calcular la magnitud de la separación que entre ellas se produce. Generalmente un sistema de referencia esta generado por una terna de ejes ortogonales, pero en muchos casos, como se menciono anteriormente se emplea superficies auxiliares de referencias, llamadas elipsoide de referencia. Debido a diferentes expediciones como fueron la de Laponia y Perú, se sucedieron mediciones mas precisas que fueron determinando la adopción de elipsoides mas concretas en el estudio geodésico de cada región

91 Elipsoide Fecha Semieje mayor (a) Achatamiento (f) Delambre /334,00 Walbeck /302,78 Everest /300,80 Bessel /299,15 Airy /299,33 Struve /299,73 Clarke /294,94 Clarke /293,46 Helmert /298,30 Hayford 1909/ /297,00 Krassovsky /298,30 Hough /297,00 Tabla 7.1: Tipos de Elipsoides I Posteriormente, basándose en observaciones de satélites artificiales, han sido propuestos los siguientes elipsoides. Elipsoide Fecha Semieje mayor (a) Achatamiento (f) Kaula /298,24 Vais /298,25 Geodestic Reference System (GRS) /298,25 Lamberck /298,25 Word Geodestic /298,26 System Rapp ,8 1/298,256 Khan /298,255 Gaposchkin ,4 1/298,256 Word Geodestic System /298,25722 Tabla 7.2: Tipos de Elipsoides II En el año 1922, en una asamblea realizada en Roma, la Unión Internacional de Geodestas (IAG) decide adoptar un único modelo de elipsoide válido universalmente, dado que cada Nación había adoptado su propio elipsoide de referencia. Luego de intensas disputas, en el congreso realizado en el año 1924 en Madrid, se resuelve adoptar como elipsoide internacional al elipsoide de Hayford, con la siguiente recomendación: Se recomienda el uso del elipsoide de Hayford a todos los hombres de ciencia, cada vez que su obra involucre la figura y dimensiones de la tierra (incluye esto) a todos los trabajos de triangulación y de levantamientos topográficos, adoptando un nuevo elipsoide más moderno y exacto En consecuencia de la recomendación de la IAG, el Instituto Geográfico Militar Argentino, ese mismo año adoptó como superficie de referencia el elipsoide de Hayford, también adoptó la proyección conforme de Gauss y el sistema de coordenadas denominada Gauss-Krüger, y el punto fundamental de la Argentina (punto de tangencia entre geoide y elipsoide) en el cual coinciden las coordenadas astronómicas con las coordenadas geodésicas, ese punto es el pilar de triangulación del Observatorio Nacional de Córdoba MARCOS DE REFERENCIAS GEODESICOS A pesar que en el año 1924 se decidiera la utilización de un único sistema de referencia geodésico para todo el país, cuyo punto fundamental estaba ubicado en la ciudad de Córdoba, dadas las urgencias de los tiempos que requerían de inmediata producción cartográfica, y no podían esperar la lenta y tediosa construcción de redes geodésicas que fuesen materializando el marco de referencia por tan extenso territorio, trajo como consecuencia

92 que se fuesen creando muchos sistemas de referencias que aun en la actualidad están vigentes. Para definir cada uno de ellos fue necesario precisar previamente un datum, de los que podemos nombrar: Sistema Provincia / s Cantidad de puntos MEC. Total Comunes a CAI Segarra. 25 de Mayo, I y II orden San Juan ,4 25 de Mayo, III y IV orden San Juan ,4 Castelli Buenos Aires Chos Malal Neuquén, Mendoza, Río Negro, La Pampa ,3 Cumbicha, I y II orden Catamarca Malezales Correntinos, I y II orden Corrientes, Misiones Pampa del Castillo Chubut, Santa Cruz ,6 Tapia-Hache, III y IV orden Santa Cruz ,7 Ubajay Entre Ríos, Corrientes ,8 Ravi, I orden Jujuy ,3 Ravi, II orden Jujuy ,8 Tabla 7.3: Marcos de referencia Nacionales Los sistemas antiguos establecidos por el Instituto Geográfico Militar reducidos a Campo Inchauspe 1969 se incluyen en la tabla, donde se menciona su nombre, las provincias que cubren, la cantidad de puntos y el error medio cuadrático de la unidad de peso al calcularse sometido a Campo Inchauspe. En algunos casos están separados por su orden y en otros constituyen un conjunto de cálculo, a veces agrupados por sectores, por lo que el error representa el promedio de estos. En el caso del sistema Castelli que cubría las provincias de Buenos Aires, Entre Ríos, Corrientes, Misiones, Córdoba, Mendoza y San Juan, sólo fue recuperada la red de la provincia de Buenos Aires al Este del meridiano -58º. El sistema Huemules, ubicado en Chubut y Santa Cruz, no fue reducido a Inchauspe Existen además sistemas ejecutados por distintas entidades nacionales que no fueron incorporados a la red oficial, y cuyos datos originales o reducidos a Inchauspe 69 deberían ser requeridos a los entes ejecutores. Mencionaremos entre ellos: Las redes costeras desarrolladas por el Servicio de Hidrografía Naval, Los sistemas fronterizos ejecutados por las comisiones mixtas limítrofes, con la participación de la Comisión Nacional de Límites Internacionales, y Los sistemas Aguaría, Pampa del Castillo, Chos Malal y Qin-Uoa extendidos por YPF CAMPO INCHAUSPE 1969 Es la red ejecutada por la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Buenos Aires. Este sistema, que si bien no está reducido a Inchauspe 69, fue calculado en 1978 con los programas de compensación del Instituto Geográfico Militar. La red está integrada por 37 estaciones, un punto de fijo de origen (el extremo Norte de la base Uspallata), dos acimutes de Laplace y tres bases. El error medio cuadrático de la unidad de peso del ajuste fue de 0.7. El sistema Campo Inchauspe tiene su origen en el punto astronómico fundamental del mismo nombre ubicado en las proximidades de la intersección del meridiano -62 con el paralelo -36 cerca de la ciudad de Pehuajó en la provincia de Buenos Aires, Argentina

93 Figura 7.5: Mojón Campo Inchauspe. Alrededor de dicho punto se iniciaron los trabajos de la triangulación fundamental que en 1954 alcanzó a cubrir un área de 10 polígono los que fueron compensados por métodos manuales en el mismo año y que constituyo la primera red de envergadura ejecutada en el país. Las coordenadas resultantes se conocieron como Campo Inchauspe Figura 7.6: Marco de referencia Campo Inchauspe

94 Luego a la compensación de la red fundamental siguieron las compensaciones de las redes de densificación de primer y segundo orden medidas para la época. Esta red y sus coordenadas recibieron el nombre de Campo Inchauspe Ya finalizados los trabajos de triangulación y poligonación, la red Inchauspe cuenta con 44 anillos cerrados, compensados manteniendo fijas las coordenadas resultantes del cálculo de 1969, incluyendo un total de puntos. Los estimadores internos de exactitud de la red, que se utilizaron para controlar el trabajo, indicaron errores de aproximadamente 15 cm para lados de 30 km de longitud promedio, lo que implica entre 3 y 10 ppm. Comparaciones posteriores respecto de sistemas independientes indican exactitudes en los vectores de entre 2.7 ppm y 3.3 ppm. 49 Antes de definirse Campo Inchauspe como el sistema nacional existieron otras redes, generalmente localizadas en un área, y también después de la iniciación de los trabajos de la red Inchauspe se ejecutaron otras redes en áreas distantes del núcleo central MARCOS POSTERIORES A CAMPO INCHAUSPE 69 Valen la pena destacar dos esfuerzos hechos por la comunidad geodésica antes de llegar a POSGAR y SIRGAS. SAD69 fue un ambicioso intento de definir una red continental mediante mediciones clásicas en América del Sur, un antecedente de SIRGAS, que no tuvo ni la suerte ni la trascendencia de este último. La red DOPPLER establecida por la Agencia de Mapeo y Defensa (DMA, actualmente NIMA) mediante observaciones del efecto Doppler a los satélites TRANSIT, es el principal antecedente para Sudamérica de una red geodésica basada en observaciones a satélites SAD 69 (South American Datum 1969) En 1944 la Comisión de Cartografía del Instituto Panamericano de Geografía e Historia (IPGH) declaró la necesidad de establecer un marco de referencia continental en América del Sur utilizando un conjunto de estaciones distribuidas por todo el continente, conectadas mediante cadenas de triangulación de alta precisión. Se utilizaría la infraestructura geodésica existente en los distintos países y habría que conectar las redes geodésicas entre ellos para lograr un marco de referencia suficientemente rígido. Dos años después se recomendó que el punto datum estuviera aproximadamente en el centro del continente, en una zona que abarca parte de los territorios de Argentina, Bolivia, Brasil y Paraguay. Las dificultades que la zona elegida tenía para la ejecución de los costosos relevamientos necesarios, determinaron que el proyecto no presentara avances significativos hasta bien entrada la década del sesenta. En 1965, 50 en América del Sur, se decidió cambiar de estrategia y seleccionar el punto datum dentro de los ya existentes en el continente. Entre 1967 y 1969 se mejoraron las redes de control de los países. Se realizó luego un cálculo siguiendo dos circuitos fundamentales: El circuito Sur partió del sur de Brasil hacia Argentina y Uruguay, luego hacia el norte y al oeste hasta Chile pasando por Bolivia, y nuevamente hacia el este hasta Brasil. El circuito Norte partió de Bolivia, pasando por Perú, Ecuador, Colombia, Venezuela, y volviendo por último a Brasil para conectarse con el otro circuito en el sur de ese país. Los errores de cierre de estos dos circuitos, de miles de kilómetros de extensión, alcanzaron varios metros, que fueron repartidos por toda la red en una compensación. El resultado del trabajo fue presentado y aprobado en 1969 en XIth Pan American Consultation on Cartography como South American Datum 1969, o simplemente SAD Rodríguez, Sistemas Geodésicos, Comité Nacional de la Unión Geodésica y Geofísica Internacional. 50 Fischer et al.,

95 El punto adoptado como datum fue el de Chua, en Brasil, cuyas coordenadas son: λ: 19º 45 41,6527 φ: 48º 06 04,0639 El elipsoide adoptado fue a= metros y 1/f= 298,25. Los controles con técnicas de geodesia satelital se realizaron poco después, mostraron, por ejemplo, en un triángulo sobre la zona central de la Argentina, diferencias en las distancias de 1 metro en vectores de varios cientos de kilómetros. 51 A pesar de contar con coordenadas SAD69 en muchos puntos de la red Inchauspe 69, este sistema no fue finalmente adoptado en nuestro país por el IGM ni tampoco lo adoptaron oficialmente las comisiones de límites internacionales LA RED DOPPLER A fines de los años 70, en muchos países latinoamericanos se realizaron mediciones con el sistema satelital de navegación TRANSIT 52. En la Argentina durante 1978 se ocuparon 18 estaciones Laplace de la red Inchauspe. Los resultados de la red DOPPLER mostraron la capacidad de los métodos de la geodesia satelital para la materialización de marcos de referencia de gran extensión ya que se logró determinar coordenadas respecto de un sistema de referencia global con un error de poco más que un metro. 53 Sin embargo habría que esperar a la aparición del sistema GPS para que, merced a sus ventajas técnicas y logísticas, los métodos satelitales desplazaran definitivamente a los clásicos en la materialización del sistema de referencia geodésico nacional SISTEMAS DE REFERENCIA GEOCENTRICOS Se define como un sistema geocéntrico aquél que especifica una terna de ejes ortogonales cartesianos X, Y, Z centrado en el centro de masas de la tierra. Estos sistemas terrestres (fijados a la Tierra) tienen el eje X solidario al meridiano origen de las longitudes y el eje Z próximo al eje de rotación, por lo tanto este sistema gira juntamente con la tierra. Estos sistemas resultan imprescindibles para ubicar puntos ligados al planeta Tierra. A diferencia de los sistemas geodésicos locales, los sistemas geocéntricos son tridimensionales y de alcance global. Es por ello que también son llamados Sistemas de Referencias Absolutos o Globales, debido a que son de extensión mundial. En estos sistemas, el elipsoide geométrico de referencia, está centrado en coincidencia con el Centro de Masas de la Tierra. Lo que se intenta que el elipsoide de revolución compense en volúmenes las ondulaciones del geoide. En los Sistemas de Referencias Geocéntricos el datum horizontal coincide con el datum vertical, es decir existe un solo y único datum En la XVII Asamblea General de la Unión Geodésica Internacional (IAG), celebrada en Camberra en 1979, fue establecido un nuevo cambio aprobado por la Unión Geodésica y Geofísica Internacional (IUGG) en su resolución N 7 que asigna al elipsoide terrestre las siguientes dimensiones: IUGG (1980) a = m f = 1/298, Este fue el denominado Sistema geodésico de Referencia 1980 (GRS 80). 51 Fischer, Walker, Rodríguez,

96 Figura 7.7: Sistema de Referencia Geocéntrico. Posteriormente evolucionó manteniendo el valor del semieje mayor a, pero ajustando el valor del achatamiento f. El nuevo elipsoide, es el utilizado en el denominado Word Geodestic System 1984 (WGS 84). La denominación WGS 84 sirve para nombrar, tanto al sistema geodésico de referencia, como el elipsoide que este sistema emplea. Sus parámetros son los siguientes WGS 84 a = m f = 1/298, SISTEMA WGS 84 El acrónimo WGS 84 deviene de World Geodestic System 1984 (Sistema geodésico Mundial de 1984). Se trata de un sistema de referencia creado por la Agencia de Mapeo del Departamento de Defensa de los Estados Unidos de América (Defense Mapping Agency DMA) para sustentar la cartografía producida en dicha institución y las operaciones del Departamento de Defensa (DoD). Estuvo estrechamente ligado al desarrollo del Sistema de Posicionamiento Global (GPS) sirviendo durante mucho tiempo para expresar las posiciones tanto de los puntos terrestres como de los satelitales integrantes del segmento espacial (a través de las efemérides transmitidas). Figura 7.8: WGS

97 El WGS 84 (figura 7.8) no es solo un sistema geodésico fijado a la tierra (ECEF) de ejes X, Y, X, sino también un sistema de referencia para la forma de la tierra (elipsoide) y un modelo gravitacional. También, éste se ha popularizado por el uso intensivo de GPS y se han determinado parámetros de transformación para convertir coordenadas a todos los sistemas geodésicos locales y otros sistemas geocéntricos DEFINICIÓN Es un Sistema Convencional Terrestre (CTS) tal que El origen de coordenadas X Y Z es el centro de masas de la Tierra. El eje Z pasa por el Polo Convencional terrestre (CTP) definido por el Bureau Internacional de la Hora (BIH) para la época El eje X es la intersección entre el meridiano origen de longitudes definido por el BIH para la época y el plano del ecuador CPT. El eje Y completa con los ejes anteriores una terna derecha de ejes fijos a la Tierra, está en el Ecuador, a 90 al este del eje X. Origen de la terna así definida sirve además de centro geométrico del elipsoide WGS 84, y el eje Z es su eje de revolución. Otros parámetros son: PARÁMETRO VALOR Velocidad de Rotación Terrestre ω = 72,92115 x 10-6 rad/s Constante Gravitacional ,5 x 10 9 m 3 /s 2 Factor de forma Dinámica J 2 = x 10-8 Velocidad de la luz m/s Semieje menor del elipsoide (b) ,3141 m Aplanamiento del elipsoide (f) 1 / 298, Aceleración de la gravedad en el Ecuador ,6 mgal Primera Excentricidad (e) e 2 = 0, Coeficiente gravitacional de segundo grado normalizado C 20 = -484,16685 x 10-6 Segunda Excentricidad Cs= Excentricidad Angular Sen= Tan= Excentricidad Lineal E= Radio de Curvatura del meridiano m= Radio de Curvatura del Primer vertical n= Tabla 7.4 Constantes WGS RELACIÓN DE WGS 84 CON OTROS SISTEMAS GEOCÉNTRICOS Y CON SISTEMAS LOCALES Probablemente ningún sistema geodésico haya sido tan estudiado en relación con todos los demás como el WGS 84. Un ejemplo de esto es la reciente determinación de los parámetros de transformación con el sistema PZ- 90, utilizado por la constelación GLONASS que está siendo integrada actualmente al sistema GPS. Existe un extenso software para transformar WGS 84 a cada uno de los sistemas geodésicos locales y geocéntricos, incluyendo los instantáneos ITRF ACTUALIZACIONES DEL SISTEMA El sistema WGS 84 se ha ido desactualizando con el correr de los años. La serie de sistemas ITRF, en cambio, se modifican anualmente y han llegado a un orden de precisión muy superior

98 Debido a esto, y teniendo en cuenta las mayores demandas del Departamento de Defensa de los Estados Unidos de América, se han producido en los últimos años una serie de refinamientos y mejoras en el sistema, de manera de permitir su uso en las aplicaciones de muy alta precisión. Este esfuerzo dio por resultado un marco de referencia para el WGS84 que es coincidente con ITRF92 dentro de los 10cm. Este marco de referencia mejorado se conoce como WGS 84 (G730). El único parámetro afectado por esta mejora fue GM = x 108 m 3 s -2. Comparado con el anterior, resulta una diferencia muy pequeña, dentro del error estándar del parámetro. La mejora no ha tenido ningún efecto sobre el desarrollo de la cartografía. Sin embargo, se estudian otras modificaciones que incluyen nuevas definiciones del geoide, que resultarán en una mayor calidad de cartas y mapas SISTEMA DE REFERENCIA. DATUM PZ 90 Las efemérides GLONASS están referidas al Datum Geodésico Parametry Zemli 1990 o PZ-90, o en su traducción Parámetros de la Tierra 1990 o PE-90. Este sistema reemplazó al SGS-85, usado por GLONASS hasta El sistema PZ-90 es un sistema de referencia terrestre con coordenadas definidas de la misma forma que el Sistema de Referencia Internacional Terrestre (ITRF). Las constantes y parámetros del PZ-90 se muestran en la siguiente tabla: PARÁMETRO VALOR Velocidad de Rotación Terrestre ω = 72,92115 x 10-6 rad/s Constante Gravitacional ,44 x 10 9 m 3 /s 2 Constante Gravitacional de la Atmósfera 0,35 x 10 9 m 3 /s 2 Velocidad de la luz m/s Semieje mayor del elipsoide (a) m Aplanamiento del elipsoide (f) 1 / 298, Aceleración de la gravedad en el Ecuador ,8 mgal Tabla 7.5: Constantes PZ 90 La realización del Sistema PZ-90 por medio de la adopción de coordenadas de estaciones de referencia ha dado como resultado el desfase en el origen y orientación de los ejes, así como la diferencia en escala con respecto al ITRF y al Sistema WGS-84 también. La aceptación de un sistema de referencia implica aceptar como fijo una serie de parámetros físicos y geométricos como son geoide y elipsoide EL SISTEMA TERRESTRE INTERNACIONAL Desde principios del siglo XX han existido organismos internacionales cuya misión estaba íntimamente relacionada con la rotación de la Tierra, y como consecuencia inevitable, con la definición y materialización de un sistema de referencia terrestre respecto del cual se determina la posición variable del eje de rotación. En este marco se establece el Internacional Earth Rotation Service (IERS) con una estructura compleja que comienza a funcionar a partir de La definición actual del Sistema de Referencia Terrestre (ITRS) es consistente con la anterior en cuanto procura que el eje polar medio de la Tierra este orientado en la misma dirección que el OCI y el origen de las longitudes sea común con el usado radicionalmente (próximo al meridiano de Greenwich). Con esta definición, los parámetros de la rotación terrestre que se determina actualmente están referidos al mismo sistema que los que se observaban desde hace un siglo aproximadamente

99 Estas definiciones permiten establecer una terna de ejes tales que el eje Z esta dirigido al polo medio, el eje X, sobre el plano ecuatorial (perpendicular al eje Z) y dirigido al punto origen de las longitudes, y el eje Y sobre el mismo plano y perpendicular a los anteriores de forma que formen una terna derecha. Figura 7.9: ITRS. El origen de este sistema es el baricentro de la Tierra, incluyendo a la atmósfera y la unidad de longitud es el metro. La materialización de este sistema de es un Marco de Referencia Internacional (ITRF) constituido por un conjunto de coordenadas y velocidades geocéntricas de unas 180 estaciones con precisión de 1 a 3 cm en coordenadas y de 2 a 5 mm/año en velocidades. El campo de velocidades es tal que la suma de las velocidades horizontales de todo los puntos que lo materializan es nula. Esto hace que, si bien cada punto esta animado de una velocidad con respecto a los demás, el conjunto tiene velocidad cero. Lo contrario significaría aceptar que todo el marco de referencia esta animado de una velocidad no nula MARCOS DE REFERENCIAS GEOCENTRICOS SISTEMA ITRF El International Terrestrial Reference Frame o Marco Internacional de Referencia Terrestre, tiene la característica que la precisión alcanzada en la determinación de coordenadas terrestres obliga a un cambio conceptual: no es posible materializar un sistema terrestre en base a coordenadas fijas, porque a nivel de la precisión centimétrica, ninguna estación ubicada sobre la superficie terrestre puede considerarse fija, todas están animadas de movimiento principalmente debidos a movimientos de las placas tectónicas en las que están asentadas. 54 Las técnicas de observación que contribuyen a la materialización de sus productos son las siguientes: VLBI: medición de radiofuentes extragalácticas por medio de radiotelescopios SLR: medición de distancias láser a satélites específicos desde telescopios especiales. LLR: medición de distancias láser a la Luna desde telescopios especiales GPS: medición de distancias a satélites GPS con receptores específicos. DORIS: medición de variación de distancias desde satélites específicos a balizas orbitográficas. Todas ellas aportan diferentes elementos para la solución de distintos problemas, que son combinados por el IERS para la producción de resultados aplicables a distintas disciplinas 54 Comité Nacional de la Unión Geodésica y Geofísica Internacional

100 En consecuencia, el IRTF esta constituido por un conjunto de coordenadas y velocidades de las estaciones que lo materializan. Lo cual se confirma que este marco de referencia no es estático sino que se considera UN MARCO DE REFERENCIA DINÁMICO TECNICAS DE OBSERVACION. VLBI: La interferometría de muy larga base es la piedra fundamental del sistema de referencia celeste. Consiste en la observación de emisiones de radio provenientes de fuentes extragalácticas, como son los cuásares. Las observaciones a cada objeto se realizan mediante dos radios telescopios en forma simultánea y en las mismas bandas de frecuencia. En general se eligen estaciones de observación separadas por miles de kilómetros. Los registros de ambas observaciones son a posteriori correlacionadas para obtener dos observables posibles: el retardo diferencial de la señal de radio y la diferencia de fase de la señal, para las bandas de recepción elegidas, entre las dos antenas. Cabe destacar que con este tipo de técnicas se pueden hacer orientaciones con exactitud del orden de 0,1 msa, lo que implica estimar las compensaciones de los vectores entre estaciones con errores subcentrimétricos. Las estaciones VLBI que contribuyen a la realización del ITRS se encuentran organizadas en el Servicio Internacional de VLBI (IVS). Figura 7.10: Red de Estaciones VLBI del IVS, año LLR (Lunar láser ranging): El principio de esta técnica es la medición del tiempo de ida y vuelta de un pulso de luz LASER enviado desde una estación terrestre a algunos de cuatro retrorreflectores empleados en la superficie lunar por las misiones Apollo (USA) y Lunakhod (URSS). La técnica LLR puede materializar el sistema de referencia con errores de varios centímetros, como lo muestran comparaciones de soluciones respecto al marco ITRF96 para las cinco estaciones en operación. Teniendo en cuenta además que estas soluciones no incluyen las velocidades de las estaciones de observación resulta evidente que su exactitud se encuentra por debajo de las demás técnicas. SLR (satellite láser ranging): Esta técnica es similar a la LLR pero sus estaciones estas montadas sobre satélites, es uno de los pilares fundamentales para la materialización del ITRS. Desde sus comienzos hasta el presente, la precisión de las observaciones fue mejorando desde varios metros en sus comienzos a menos que un centímetro actualmente. Para la materialización del ITRS, es la técnica geocéntrica por excelencia, permitiendo la definición de la posición del centro de masa de la Tierra con una exactitud centrimétrica. Además, por provenir de las mediciones de distancias, las soluciones de SLR tienen un gran peso en la materialización de la escala del sistema de referencia Blewitt,

101 Figura 7.11: Red de estaciones SLR del IRLS. GNSS: Tanto el bajo costo relativo de los receptores, como la baja necesidad de mantenimiento respecto de las demás técnicas, hacen de los GNSS la técnica más difundida de materialización del ITRS. El número total de receptores GNSS que contribuyen al ITRF se cuenta por varios cientos y está en continuo crecimiento. El Servicio Internacional de GNSS (IGS) coordina los esfuerzos para determinar el marco a partir de observaciones GNSS. Actualmente esto se logra con una exactitud de muy pocos centímetros Figura 7.12: Estaciones GNSS de la red IGS, en su mayoría son estaciones GPS. DORIS: El Sistema de Orbitografía por Radioposicionamiento Doppler Integrado por Satélite (DORIS) consta de receptores montados a bordo de varios satélites artificiales. Estos reciben señales de una red que actualmente consta de 51 balizas instaladas sobre la superficie terrestre. El receptor, ubicado en el satélite, calcula su posición con una exactitud métrica utilizando el efecto Doppler producido por el movimiento relativo emisorreceptor. Por su concepción, el sistema DORIS tiene una red de rastreo de distribución homogénea con un funcionamiento centralizado en Toulouse, Francia. Esta técnica contribuye a la definición del geocéntro y de la orientación del marco. Desde fines de 1995, las soluciones DORIS constituyen un aporte relevante a la materialización del ITRS. 56 El ITRF a través de su continua evolución permite agregar nuevas estaciones cada año y mejorar la precisión general del conjunto. Por esa razón, cada nueva realización lleva indicado el año de su determinación, como también, la época fundamental a la cual se refieren las coordenadas listadas (ITRF 93, o ITRF 94, época ). Esto quiere decir que ITRF 93 difiere de ITRF 94 porque se ha agregado mas información para calcular este ultimo, lo que se traduce en pequeñas variaciones de posiciones y velocidades. En su conjunto, estas diferentes permiten encontrar parámetros de transformación entre las distintas materializaciones del sistema terrestre internacional. 56 Boucher et al., 1996, Boucher et al.,

102 Figura 7.13: Red global de balizas DORIS. 57 Cabe mencionar que en la actualidad, estas transformaciones están en niveles milimétricos y por el momento no tienen importancia práctica para aplicaciones geodésicas convencionales. Mucho mas importante puede ser el efecto de las velocidades, no obstante, es importante no perder la dimensión del problema: este efecto debe ser considerado cuando se trabaja en redes regionales que involucran distintas placas tectónicas y, de manera especial, cuando se utilizan distintas estaciones con coordenadas ITRF definidas en una época original. ITRF disponibles: ITRF 2008 ITRF 2005 ITRF 2000 ITRF 97 ITRF 96 ITRF 94 ITRF 93 ITRF 92 ITRF 2008 es la nueva materialización del Sistema de Referencia Terrestre Internacional. Siguiendo el procedimiento que se utilizo para la formación del ITRF 2005, éste utiliza como series temporales de datos de entrada en las posiciones de la estación y los parámetros de la Tierra de Orientación (POE) proporcionada por los Centros de la técnica de las cuatro técnicas espaciales geodésicas (GPS, VLBI, SLR, DORIS). Sobre la base de soluciones completamente reprocesado de las cuatro técnicas, el ITRF 2008 se espera que sea una solución mejorada en comparación con ITRF SISTEMA POSGAR (Posiciones Geodésicas Argentinas) A comienzos de la década del 90, especialistas de la Universidad Nacional de La Plata (UNLP) y el Instituto Geográfico Militar (IGM) hoy Instituto Geográfico Nacional (IGN) analizaban la posibilidad de materializar un nuevo marco de referencia utilizando observaciones GPS. Diversos trabajos presentados en congresos nacionales e internacionales fueron producto de esas investigaciones y dieron lugar a recomendaciones de avanzar en la dirección de materializar un marco de referencia suficientemente preciso para las aplicaciones 57 fcaglp.unlp.edu.ar

103 que se estaban desarrollando en el país y tan cercano como fuera posible al sistema global WGS 84, utilizado por el GPS. Con la ayuda de un proyecto científico denominado Central Andes Project (CAP), el IGM realizo tres campañas de medición que dieron lugar a la red POSGAR. Posteriormente, la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas de la UNLP realizo el cálculo de las observaciones que permitiera disponer de las nuevas coordenadas. Como controles externos que permitieran estimar de una forma mas confiable la exactitud del marco de referencia POSGAR 94, se usaron puntos comunes con el proyecto SIRGAS (Sistema de Referencia geocéntrico para América del Sur) y, en menor medida, por el proyecto geodinámico SAGA (South American Geodynamics Activities). Tales comparaciones confirmaron el acuerdo interno de la red obteniendo mediante la compensación, pero además mostraron que POSGAR 94 materializaba un sistema de referencia geocéntrico con una precisión mejor que un metro. En Mayo de 1997, mediante la Resolución 13/97, el IGM adoptó el marco de referencia POSGAR 94 como la materialización del sistema de referencia nacional en reemplazo de marco de referencia Campo Inchauspe En resumen, el proyecto POSGAR permitió contar con una red de control geodésico compatible con las modernas tecnologías GIS y GPS, capaz de satisfacer las necesidades de la gran mayoría de los usuarios de geoposicionamiento POSGAR 94 y POSGAR 98 La respuesta a estas demandas fue el marco de referencia POSGAR 94. Este marco está materializado por 127 puntos separados por una distancia promedio de 130 km y con una cobertura bastante homogénea en todo el territorio argentino. A su concreción contribuyeron varias instituciones, principalmente el IGM y el University NAVSTAR Consortium (UNAVCO) en la etapa de medición y la Universidad Nacional de La Plata que realizó el cálculo. Las coordenadas finales fueron difundidas por el IGM a comienzos de 1995 e inmediatamente comenzaron a ser utilizadas a pesar de la resolución de 13/97. Poco antes el IGM había sido ratificado en su rol de autoridad geodésica y cartográfica mediante una resolución del Poder Ejecutivo Nacional y el marco POSGAR 94 había recibido el aval del Subcomité de Geodesia del Comité Nacional de La Unión Geodésica y Geofísica Internacional, a través del Grupo de Trabajo de los Sistemas Geodésicos 58. Con posterioridad, el IGM y la Universidad Nacional de La Plata suscribieron un convenio para trabajar en el perfeccionamiento de POSGAR 94, en el contexto del Proyecto SIRGAS. El resultado de esa cooperación fue un marco de referencia más exacto y preciso, ajustado a los criterios impartidos por SIRGAS, al que se denominó POSGAR 98, materializado por 136 puntos, 111 de los cuales son comunes con POSGAR 94. Las coordenadas 94 y 98 difieren a causa de varios factores, principalmente porque materializan sistemas de referencia diferentes y porque el cálculo del 98 fue más riguroso que el del 94. La realización del materializa el sistema WGS84 a través de las coordenadas de 19 puntos pertenecientes al Central Andes Project (CAP) 60 y un punto localizado en la Estación Astronómica de Río Grande, Tierra del Fuego (punto EARG). Los puntos CAP se localizan principalmente en la región andina, en el oeste del país, y se extienden desde el norte hasta aproximadamente la latitud de 42 º. Sus coordenadas, en el sistema ITRF92 y publicado en: Actas de la 20ª Reunión Científica de Geofísica y Geodesia, Mendoza, Argentina, 25 al 29 de septiembre de CNUGGI, Usandivaras y otros, Kendrick y otros.,

104 Para la época , obtenidas a través de una comunicación privada con R. Smalley (Memphis State University, USA), fueron transformadas al sistema WGS84 e introducidas en la compensación final de la red con errores a priori de aproximadamente 3 centímetros en las tres componentes. Figura 7.14: Red de puntos POSGAR 94. Con el propósito de proveer un punto de control en el extremo sur de la red se realizó una vinculación entre el punto GPS EARG y la baliza DORIS que allí opera, distante pocos metros uno del otro

105 Las coordenadas WGS84 de la baliza DORIS fueron obtenidas mediante una comunicación privada con R. Pico (IGN, Francia) y las coordenadas del punto EARG surgidas de la vinculación fueron introducidas en la compensación final también con errores a priori de 3 centímetros en las tres componentes. El cálculo de la red se realizó calculando todas las líneas de base independientes, utilizando el programa comercial GPPS (Ashtech Inc.). Los 660 vectores resultantes fueron luego compensados por mínimos cuadrados según el método de variación de las coordenadas 61. El marco de referencia fue definido introduciendo en la compensación las coordenadas de los 20 puntos de control como observaciones directas con los errores a priori ya señalados. La realización de POSGAR materializa el sistema ITRF 94 a través de once puntos SIRGAS 63, diez de ellos localizados en territorio argentino y el punto IGS de Santiago de Chile al cual la red está vinculada a través de observaciones realizadas en 1993 por el proyecto CAP. El cálculo fue realizado con el software científico Bernese GPS Software V4.0 64, empleando las mejores efemérides precisas disponibles y procedimientos rigurosos para modelar las variaciones de los centros de fase de las antenas, corregir el error troposférico y transformar las coordenadas de control de la época media SIRGAS a la época de las observaciones POSGAR. En menor medida también contribuyen a las diferencias observaciones adicionales que se agregaron en el cálculo del segundo, principalmente conexiones entre puntos POSGAR y puntos en territorio chileno realizadas por el proyecto CAP, vinculaciones a cuatro puntos SIRGAS que no son coincidentes con puntos del 94 y observaciones realizadas por el IGM en la región de la Mesopotamia LAS DIFERENCIAS Y SUS CONSECUENCIAS Las diferencias en las coordenadas geocéntricas tienen efecto principalmente sobre la cartografía ya que producirán un desplazamiento en bloque de todo levantamiento georreferenciado a puntos 94. También las diferencias en las coordenadas relativas (pares de puntos 94 comparados con sus análogos 98). Estas últimas se traducirán principalmente en deformaciones de todo levantamiento geodésico vinculado a dos o más puntos de control 94. Tales deformaciones serán o no tolerables dependiendo fundamentalmente de la exactitud pretendida para el levantamiento y su extensión geográfica DIFERENCIAS EN LA COORDENADAS GEOCÉNTRICAS La figura 7.15 muestra las componentes norte, este y vertical de las diferencias en las coordenadas geocéntricas de 109 puntos comunes. Los valores están en metros y en el sentido Las medias y sus respectivas desviaciones estándares son: ± m para la componente norte ± m para la componente este ± m para la vertical. Las mayores discrepancias son de aproximadamente 0.8, 0.2 y 1.5 m respectivamente. El comportamiento de las componentes horizontales es mucho más uniforme que el de la vertical. También se observa que al sur de -42º las componentes norte y vertical exhiben una tendencia de crecimiento aproximadamente lineal que se atribuye a inconsistencias entre las materializaciones del sistema WGS84 provista por los veinte puntos CAP y la baliza DORIS. 61 Usandivaras y otros, Moirano y otros, SIRGAS Project Commitee, Rothacher y otros,

106 Figura 7.15: diferencias en las coordenadas geocéntricas (metros) DIFERENCIA EN LAS COORDENADAS RELATIVAS Para realizar este análisis se consideraron todas las líneas de base que se forman uniendo cada uno de los puntos con el vecino más cercano. Ello da lugar a 28 vectores cuya longitud está comprendida entre 0 y 100 km, 71 entre 100 y 200 y 10 entre 200 y 350. La figura 7.16 muestra las componentes norte, este y vertical de las diferencias en las coordenadas relativas para las 109 líneas de base consideradas. Los valores están en metros y en el sentido Nuevamente el comportamiento más discordante lo presenta la componente vertical, para la cual 87% de las discrepancias se hallan por debajo de 0.5 m, extendiéndose las restantes hasta aproximadamente 1.1 m. Las discrepancias horizontales son menores, encontrándose 95% de ellas por debajo de 0.2 m y no excediéndose nunca el valor 0.3 m. Si se considera solo la longitud de la línea de base y no sus componentes resultan que 81% de las discrepancias son menores que 1 ppm (parte por millón) y 92% menores que 3 ppm. Entre el 8% que exceden 3 ppm se encuentran solamente líneas de base cortas, cuya longitud es menor que 20 km. Figura 7.16: diferencias en las coordenadas relativas entre pares de puntos (metros) INFLUENCIA DE LAS DIFERENCIAS SOBRE LEVANTAMIENTOS DE DISTINTAS EXTENSIONES GEOGRÁFICAS Para tal fin se consideraron cuatro redes geodésicas de alta precisión y distinta extensión geográfica que poseen puntos comunes tanto con POSGAR 94 como POSGAR 98:

107 En el caso de la red SIRGAS, son once puntos distribuidos en todo el territorio argentino; En el segundo, ocho puntos del Central Andes Project distribuidos entre aproximadamente 22 y 36 grados de latitud y 63 y 68 grados de longitud; En el tercero, 19 puntos de la red básica del proyecto PASMA distribuidos en las provincias de Salta, Catamarca, La Rioja y San Juan; y en el cuarto, 4 puntos pertenecientes a la red de la provincia del Neuquén. En todos los casos el procedimiento consistió ajustar por mínimos cuadrados los parámetros de una transformación de igualdad entre las distintas redes y los marcos 94 y 98. Se asume que los parámetros de la transformación absorben las inconsistencias de origen, escala y orientación entre las dos redes consideradas mientras que los residuos del ajuste ponen en evidencia sus distorsiones. La figura 7.17 muestra la desviación estándar de tales residuos expresada en centímetros, discriminando la componente vertical de las horizontales, para los cuatro casos considerados. Figura 7.17: desviación estándar (centímetros) de los residuos de una transformación de igualdad entre distintas redes y los marcos POSGAR 94 y 98; se indica también el cociente 94/98. La figura 7.17 muestra que el acuerdo entre las cuatro redes consideradas y POSGAR 98 es excelente, manteniéndose en todos los casos por debajo de 5 centímetros (±1σ), tanto para las componentes horizontales como para la vertical. Cuando nos remitimos a POSGAR 94 la situación empeora entre aproximadamente 4 y 10 veces para la componente vertical, tal como lo mostraría el cociente 94/98 entre las desviaciones estándares de los residuos de las respectivas transformaciones de igualdad. Para las componentes horizontales los residuos respecto de POSGAR 94 empeoran en factores que aproximadamente van de 1 a 4,5, a medida que aumenta la extensión de la red considerada CONCLUSIONES El marco de referencia POSGAR 98 materializa el sistema terrestre internacional con una exactitud de pocos centímetros en las tres componentes. Las diferencias con las coordenadas geocéntricas de POSGAR 94 se mantienen por debajo de 1,5 metros en las tres coordenadas, discrepancia esta que no produce consecuencias apreciables en la georreferenciación de levantamientos hasta la escala 1: En cuanto a las diferencias en las coordenadas relativas, se observa una clara diferenciación entre lo que ocurre con las componentes horizontales y la vertical como: Mientras que las primeras reflejan que la realización del 94 es con respecto a la del 98 hasta 5 veces inferior en precisión, La segunda muestra una degradación de hasta 10 veces

108 Desde el punto de vista del control horizontal, POSGAR 94 es un marco apto para todo levantamiento cuyas exigencias de precisión ronden los pocos centímetros en extensiones del tamaño de una provincia argentina. POSGAR 98 asegura precisiones centimétricas aún en levantamientos muy extensos y es, desde todo punto de vista, más apropiado para aquellos levantamientos que exijan control vertical a niveles centimétricos. En términos de los estándares geodésicos actualmente vigentes para el posicionamiento con GPS podría establecerse que POSGAR 98 puede servir de control para levantamientos que cumplan los estándares del tipo 0 hasta la exigencia B en las tres componentes, mientras que POSGAR 94 solo puede cumplir esa función hasta la exigencia D en las componentes horizontales y E en la vertical NUEVO MARCO DE REFERENCIA PARA LA REPUBLICA ARGENTINA POSGAR 07 ha sido adoptado por disposición del Director del Instituto Geográfico Nacional el 15 de mayo de 2009 como el nuevo Marco de Referencia Geodésico Nacional y reemplaza al hasta entonces vigente POSGAR 94. Basado en ITRF 05 Época constituye la materialización sobre el territorio nacional del más moderno sistema de referencia a nivel mundial compatible con el marco regional SIRGAS y responde a los más estrictos estándares de precisión y ajuste en vigencia. Incorpora las más importantes redes geodésicas en uso asegurando parámetros de transformación entre las mismas y la nueva definición a fin de facilitar una georreferenciación unívoca en toda la República Argentina. Utilizando como red de Orden cero al conjunto de estaciones permanentes GNSS de la Red RAMSAC (Red Argentina de Monitoreo Satelital Contínuo) permite aprovechar íntegramente los datos de las mismas aplicados a la nueva realización y define simultáneamente la Red Oficial GNSS. POSGAR 07 fue medido sobre los puntos de la red POSGAR 94, incorporando más de 50 nuevos que mejoran la geometría espacial de la red y optimizan los resultados del ajuste. Considerando la incorporación de las demás redes para su integración al nuevo marco, el Instituto Geográfico Militar midió, desde el año 2005 un total de 436 puntos en una significativa tarea que contó con la colaboración de organismos estatales y provinciales, debiendo destacarse especialmente la activa participación del Consejo Federal de Catastro. El nuevo Marco fue calculado con el software científico de procesamiento y ajuste de redes geodésicas GAMIT GLOB K. Características de POSGAR 07. La medición se realizó desde junio del año 2005 hasta octubre de puntos pasivos con coordenadas en un Marco de Referencia único y homogéneo. 436 puntos adicionales vinculados al nuevo Marco, para poder determinar la integración de las redes provinciales. El continuo procesamiento de las estaciones GPS permanentes a través del Centro Experimental GMA, junto con los otros centros permitirá afianzar las coordenadas oficiales. 66 A partir de la nueva realización, el Instituto Geográfico Nacional satisface recomendaciones internacionales y espera responder a los requerimientos de todos los usuarios estableciendo un Marco único y 65 Claudio Brunini, Juan Moirano (UNLP), Maria Mackern (IANIGLA) 66 Agrimensor Sergio Cimbaro

109 definitivo que satisface la totalidad de las necesidades de la geodesia en particular y de todas aquellas disciplinas que se valen de su información para el desarrollo de sus tareas y aplicaciones científicas, prácticas y legales. Figura 7.18: Marco Ramsac-POSGAR

110 CAPITULO 8 TRANSFORMACIÓN Y CONVERSIÓN DE COORDENADAS Dentro del territorio de la República Argentina, se trabaja con dos sistemas bien diferenciados, uno es un sistema Geodésico (Datum Local, Campo Inchauspe 69) y un sistema Absoluto (Datum Geocéntrico, WGS 84). Figura 8.1: Transformación y Conversión de Coordenadas Toda transformación se vale de parámetros, los cuales si estamos trabajando con los sistemas habituales por lo general ya se encuentra determinados, sin embargo, es útil entender conceptualmente el problema de su determinación, y comprender las limitaciones que se pueden llegar a presentar. Por un lado, está la Trasformación de Coordenadas y por otro lado la Conversión de Coordenadas, lo cual se representa de la siguiente manera: Transformación de coordenadas, es cuando se pasan coordenadas de un Sistema de Referencia a otro Sistema de Referencia. (Ej.: Transformar de WGS84 a Campo Inchauspe 69 y de éste, a un sistema local o arbitrario). Conversión de coordenadas, es cuando se pasan coordenadas dentro de un mismo Sistema de Coordenadas. (Ej.: Convertir coordenadas polares a rectangulares y luego a Geodésicas o Elipsoidales). Tales operaciones se dividen en: Coordenadas Elipsoidales a Coordenadas Cartesianas. Coordenadas Cartesianas a Coordenadas Elipsoidales. o Método Iterativo

111 o Método de Bowring (Simple) Coordenadas Elipsoidales a planas (Gauss-Krüger). Coordenadas planas (Gauss-Krüger) a Elipsoidales. Transformaciones de altura. Transformaciones de Datum: Transformaciones de tres dimensiones. ( Transformación de 7 parámetros) Transformaciones de dos dimensiones. ( Transformación de 4 parámetros) Transformaciones de una dimensión. ( Transformación de 3 parámetros) 8.1. COORDENADAS ELIPSOIDALES A CARTESIANAS Cuando hacemos referencia a coordenadas cartesianas, o rectangulares, nos estamos refiriendo a un punto en el espacio que puede estar definido en diferentes sistemas de referencia, en este caso tomaremos el sistema WGS 84, y sus parámetros. El punto queda definido por coordenadas X, Y, Z, asumiendo que el origen de éstas, es el mismo que el del elipsoide de revolución. En cuanto a coordenadas elipsoidales, hacemos siempre referencia a los datos que nos entrega el sistema satelital con el que se esta midiendo. Figura 8.2: Coordenadas Elipsoidales a Cartesianas CONVERSIÓN DE COORDENADAS ELIPSÓIDICAS (WGS 84) A CARTESIANAS (WGS 84) La relación entre las coordenadas están dada por:

112 N = Donde: x = ( N + h).cosϕ.cos λ y = ( N + h).cosϕ.sin λ z = 2 ( 1 e ). N + h).sinϕ φ es Latitud Geodésica λ es Longitud Geodésica h altura elipsoidal N es el radio de curvatura del primer vertical El radio de curvatura puede ser obtenido por la siguiente fórmula: a ( 1 ( e 2. sin 2 ϕ ) Valores: a = m e 2 = 0, TRANSFORMACIÓN DE COORDENADAS CARTESIANAS (WGS 84) A CARTESIANAS (CAMPO INCHAUSPE 69) X = x Y = y 136 Z = z COORDENADAS CARTESIANAS A ELIPSOIDALES La transformación de coordenadas elipsoidales a cartesianas no presenta ninguna dificultad, ahora para realizar la transformación inversa tenemos dos métodos, uno iterativo de mayor complejidad pero resultados más ajustados y otro simple, pero con algunos inconvenientes, como se ejemplifica a continuación MÉTODO ITERATIVO En primer lugar con las coordenadas X e Y podemos calcular el radio del paralelo como: 2 2 ( X + Y ) = ( N h).cosϕ p = + (1) Luego con p podemos calcular la altura elipsoidal: p h = N cosϕ (2) Para calcular φ debemos realizar varios cálculos auxiliares, primero calculamos la primera relación de excentricidad (e 2 ). e 2 = 2 2 ( a b ) a 2 Sabiendo que:

113 ( ) ( ) ϕ.sin. e 2 N h N Z + = Podemos reescribirlo como: ( ) ϕ.sin = h N N e h N Z Dividiendo esta expresión por la ecuación (1): tan + = h N N e p Z ϕ (3) Obteniendo así la Latitud (φ), de la que podemos conseguir la Longitud (λ) como: X Y = λ tan El problema es que para el cálculo de h y de φ las ecuaciones (2) y (3) dependen de h y de φ, es por ello que la solución se encuentra iterativamente, con los pasos siguientes: 1. Calcular ( ) 2 2 Y X p + = 2. Calcular un valor aproximado φ 0 : ( ) tan = e p Z ϕ 3. Con el valor obtenido, calculamos un valor N 0 : ( ) sin cos. ϕ ϕ b a a N + = 4. Calculamos la altura elipsoidal: 0 0 cos N p h = ϕ 5. Calculamos un valor estimativo para la latitud: tan + = h N N e p Z ϕ 6. La condición para terminar la iteración se dará si φ = φ 0, en caso contrario se toma φ 0 = φ y se continua con el paso 3 7. De esta manera cuando φ = φ 0, llegaremos a los valores de φ, λ, h.

114 Este método puede llegar a ser engorroso en cálculo, pero nos garantiza resultados ajustados. Existen otros métodos de cálculo, no iterativo, para las transformaciones de X, Y, Z, a φ, λ, h MÉTODO SIMPLE (NO ITERATIVO) Según estudios realizados 67 no existe una discrepancia significativa entre los resultados obtenidos por el proceso iterativo y este método, aun así sigue siendo poco popular, y maneja formulas que reaccionan rápidamente ante un cambio mínimo en las variables. Lo que se propone a explicar las siguientes operaciones: a) Debemos calcular la segunda relación de excentricidad e`2 2 e' = 2 2 ( a b ) b 2 b) Realizamos otro cálculo auxiliar usando (1), y los valores de semieje mayor y menor, respectivamente. θ = arctan ( Z. a) ( ) p. b c) Luego calculamos la latitud: = arctan 2 3 ( Z + e'. b.sin θ ) ( ) 2 p e. a.cos θ ϕ 3 (4) d) Conocemos la longitud por medio de la expresión: Y λ = arctan X e) Por ultimo calculamos la altura elipsoidal p h = N cosϕ (5) Los cálculos realizados con este método no resultan tan precisos. Realizando un análisis de las formulas empleadas podemos ver que la formula (5) tiene una variabilidad muy susceptible, es decir, una variación de décima de segundo en la latitud (4) implica una tasa de cambio de ±1 metros en la altura elipsoidal. Esto se debe a que en la formula (5), el coeficiente p representa cifras aproximadas de 105, mientras que el coseno de cualquier ángulo siempre dará valores entre [-1,1], por lo que este cociente se obtienen resultados muy dispersos COORDENADAS ELIPSOIDALES (WGS 84) A COORDENADAS PLANAS (Gauss Krüger) Para el mapeo de un punto con coordenadas elipsoidales φ, λ, en un punto y, x en el plano, se llevara a cabo mediante la siguiente serie de expansión: 67 GPS theory and practice, Holfmann-Wellenhof

115 t 2 y = B( ϕ) +. N.cos ϕ. l 2 t 6 +. N.cos ϕ. 720 t 8 +. N.cos ϕ N.cos ϕ. 7. N.cos ϕ x = N.cosϕ.1+. N.cos ϕ t 4. N.cos ϕ ( 61 58t + t + 270η 330t η ) ( 5 t + 9η + 4η ) ( 3111t + 543t t ). l ( t + η ) ( 5 18t + t + 14η 58t η ) ( t + 179t t ) l 6 l 4 De donde: B (ϕ) Longitud de arco del meridiano N = ( b 2 a.( b (1 +η ) Radio de curvatura del primer vertical 2 η 2 2 = e.cos ϕ Cantidad auxiliar t = tanϕ Cantidad auxiliar l = λ λ 0 Diferencias en Longitudes e' 2 λ ( a b ) Longitud del meridiano central = Segunda relación de excentricidad 2 b Tabla 8.1: Parámetros Elipsoidales Por convención, primero se da y y luego x, ya que el par de coordenadas (y, x) corresponde a (φ,λ). La longitud de arco del meridiano B (φ) es la distancia elipsoidal desde el ecuador hasta el punto que deseamos representar en el mapa y puede ser calculada por la siguiente serie de expansión: B ( ϕ) = α[ ϕ + β. sen(2ϕ ) + γ. sen(4ϕ ) + δ. sen(6ϕ ) + ε. sen(8ϕ ) +...] De donde:

116 = η η α b a = η η η β = η η γ = η η δ Tabla 8.2: Parámetros WGS = η ε + = ) ( ) ( b a b a η 8.4. COORDENADAS PLANAS (GAUSS KRÜGER) A COORDENADAS ELIPSOIDALES (WGS 84) Para llevar un punto con coordenadas planas (y, x) a sus correspondientes coordenadas elipsoidales (φ,λ) WGS 84, nos valemos de la siguiente serie de expresiones: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )... ) ).(1385 ) ( ( = x t t t N t x t t t t N t x t t t N t x N t f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f f η η η η η η η η ϕ ϕ ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) cos cos cos 6 1.cos x t t t N x t t t N x t N x N f f f f f f f f f f f f f f f f f = ϕ η η ϕ η ϕ ϕ λ λ ELIPSOIDE WGS 84 α = ,1458 m β = ,92 x 10-3 γ = 2.643,54 x 10-6 δ = -3,45 x 10-9 ε = 5 x 10-12

117 De donde 68 : ϕ f = y' + β '. sen(2 y' ) + γ '. sen(4 y' ) + δ '. sen(6 y' ) + ε '. sen(8y' ) +... a + b α' =. 1+. η +. η β ' =. η. η +. η γ ' =. η. η δ ' =. η. η ε ' =. η ELIPSOIDE WGS 84 α = ,1458 m β = ,58 x 10-3 γ = 3.700,95 x 10-6 δ = 7,45 x 10-9 ε = 17 x y y ' = Tabla 8.3: Elipsoide WGS 84 α' 8.5. TRANSFORMACIONES DE ALTURA. CONCEPTOS PRELIMINARES El geoide es una superficie equipotencial o de nivel, del campo gravífico terrestre. Esta superficie incluye todos los puntos, en los cuales el potencial gravitacional o la cantidad de trabajo necesario para superar la aceleración de la gravedad son constantes. Por razones de conveniencia el nivel medio del mar (n.m.m.) o (m.s.l.) es tomado como la superficie que mejor se aproxima al geoide. Por tanto, una definición alternativa del geoide es: La superficie formada por la libre circulación de las aguas del mar sin el impedimento de las masas terrestres y sin estar afectadas por el viento, la temperatura y las fuerzas externas. Tierra. El elipsoide, en cambio, es una superficie matemática simple que mejor se aproxima a la forma de la En relación con las superficies descriptas, hay tres valores de la altitud de un punto simple sobre la Tierra que pueden ser calculados: Altura geoidal: es la distancia entre la superficie del geoide y la del elipsoide. Generalmente se simboliza por la letra N. Altura elipsoidal: es la distancia entre la superficie del elipsoide y la de la Tierra. Generalmente se simboliza con la letra h. Altura ortométrica: es la distancia vertical entre la superficie física de la Tierra y la superficie del geoide. Esta distancia se mide a lo largo de la línea de plomada, la cual es la curva que es tangencial a la dirección de la gravedad en cualquier punto. En muchos casos las alturas ortométricas son también consideradas alturas sobre el nivel medio del mar. Generalmente se las simboliza con la letra H. 68 Apuntes de clase año 2000, Armando del Bianco Apuntes de clase, cátedra Geodesia I

118 Figura 8.3: Transformación de Altura La relación entre estas tres superficies esta vinculada en la siguiente ecuación: h = H + N 69 Esta formula es una aproximación pero es suficientemente efectiva a los fines prácticos. El ángulo ε expresa la deflexión de la vertical entre la línea de plomada y la normal al elipsoide. Este ángulo por lo general no excede los 30 segundos en la mayor parte de las áreas. El posicionamiento con GPS, nos da como resultado coordenadas X, Y, Z, las cuales luego, con alguno de los procesos como el iterativo o simple, podemos obtener la altura elipsoidal. Si además, uno de los dos términos restantes en la ecuación fundamental es dato, el otro puede ser calculado, es decir, si el geoide es conocido la altura ortométrica puede ser derivada y viceversa TRANSFORMACIONES DE DATUM Un datum geodésico define la relación entre un sistema global y un sistema local de coordenadas en tres dimensiones, o entre sistemas semejantes, por lo tanto, una transformación de datum relaciona un sistema de cierto tipo de coordenadas con otro igual o distinto CLASIFICACIÓN DE DATUM DATUM GEODÉSICO, CONCEPTOS PREVIOS. Conjunto de cantidades que sirven como base para el calculo de otras cantidades. Las coordenadas que surgen de un ajuste de las mediciones (terrestres) comprenden el Datum. El elipsoide es utilizado como superficie de referencia para referir las coordenadas DATUM GEODÉSICO VERTICAL. La geodesia adopta el geoide (altura = 0) como superficie de referencia para definir las cotas. El geoide es materializado a través de lecturas promediadas en un periodo extendido de tiempo sobre mareógrafos. 69 Apuntes de clase año 2000, Armando del Bianco Apuntes de clase, cátedra Geodesia I

119 Las alturas sobre el nivel medio del mar (n.m.m.) son materializadas en una serie de puntos fijos que conforman la Red de Nivelación Nacional. En nuestro país esta red esta conformada por aproximadamente Km. de líneas de nivelación de alta precisión. El origen de alturas ha sido fijado en el mareógrafo de Mar del Plata DATUM GEODÉSICO HORIZONTAL. Necesidades de orientar el elipsoide respecto a la superficie física de la Tierra. Parámetros: o Las dimensiones del elipsoide (a, b) o Las coordenadas geodésicas (φ, λ, h) de un punto fundamental. o El acimut de una línea desde este punto a otro, y la desviación de la vertical ó ángulo entre la perpendicular (coincidente con la dirección de la gravedad) y la perpendicular al elipsoide. Multiplicidad de datum en la geodesia clásica. Ajuste locales de un elipsoide al geoide. (Ej.: elipsoide internacional 1924, datum Campo Inchauspe 69. Existen distintas formulas y métodos para realizar transformaciones. Las técnicas más comunes son en el caso de coordenadas curvilíneas, las trasformaciones de Molodensky, y en el caso de coordenadas rectangulares las transformaciones de 3, 4 ó 7 parámetros, dependiendo de la disponibilidad ó fiabilidad de los parámetros de transformación que usamos. Existen otro método que puede ser usado para realizar transformaciones de datum, este es la técnica de ecuaciones de regresión múltiple (MRE) CLASIFICAR LAS TRANSFORMACIONES SEGÚN ESTAS AFECTEN A UNA, DOS O TRES DIMENSIONES. En Geodesia y Cartografía, es frecuente tener que resolver el problema de intercambio de coordenadas procedentes de distintas referencias geodésicas y cartográficas para emplearlas en un mismo trabajo, y presentar los resultados en alguna de esas referencias, o en otras nuevas. Las referencias cartográficas vienen determinadas por los sistemas de proyección y representación utilizados, por lo que este es un problema que se estudia en Cartografía. Sin embargo, el cambio de referencia geodésica es un problema puramente geodésico, que se suele denominar como cambio de Datum. La necesidad de este cambio proviene del hecho de que, en ocasiones es necesario tener que trabajar con datos que toman como referencia datums geodésicos locales de distintas épocas, o incluso datums locales y coexistentes, de distintas definición. También, la mencionada aparición del datum global obligo a toda la comunidad geodésica internacional a estudiar el procedimiento sistemático de transformación de coordenadas geodésicas del propio sistema local al sistema global. La técnica para la resolución de ambos problemas al cambio de datum entre distintos sistemas locales, o bien entre sistemas globales y locales. citar. Al problema de cambio de datum se resolvió con distintos tipos de transformación, de los que se pude TRANSFORMACIÓN DE HELMERT Helmert estudio y determino la relación existente entre las coordenadas de dos sistemas cartesianos tridimensionales, cuyos orígenes no coinciden, sus ejes no son paralelos, y que utilizan distintas escalas para la medida de sus coordenadas. Sean dos sistemas cartesianos W y E como se muestra en la (figura 8.4). Unos es el W (O W, X W, Y W, Z W ), y el denominado E (O E, X E, Y E, Z E ). El sistema E, se encuentra girado unos ángulos e x, e y, e z, con respecto al sistema W. Además, el sistema E, no presenta la misma escala de medida que el W, la proporción existente entre una medida de E y otra de W, es un factor de escala que se denomina K

120 ZE ZW ez P VW q VE ey YE (0,0,0) V0 OE (0,0,0) OE (X0,Y0,Z0) OW YW ex XW XE Figura 8.4 Transformación de Helmert Sean (X 0, Y 0, Z 0 ) las coordenadas del origen O E referidas al sistema W. Las coordenadas de ambos sistemas cartesianos pueden relacionarse a través de la expresión: r V W r V = 0 El vector q r expresado en el sistema W, puede sustituirse en esta suma por el vector V r E definido en el sistema E. Para ello, este vector debe ser afectado del tensor de giro R correspondiente, y del factor K, que relaciona las magnitudes de ambos sistemas r + q X W X 0 X r r r V = + + W = V0 + (1 + K). RV. E YW Y0 (1 K). R. Y Z W Z0 Z E E E (5.6.0) La superposición del triedro O E X E Y E Z E con el O W X W Y W Z W, que se corresponde con el caso más general, se logrará mediante los siguientes giros: R = R Z ( e ). R ( e ). R ( e Z Y Y X X cos ez ) = sin e 0 Z sin e Z cos e 0 Z 0 cos e sin e Y Y sin e 0 cos e Y Y cos e X sin e X 0 sin e X cos e X Este producto, da como resultado: cos ey R = cos e sin ey Y cos e sin e Z Z cos e. cos e X X sin e X cos e Z sin e X + sin e sin e X X cos e Y sin e Y sin e Y cos e sin e Z Z. sin e sin e X X sin e Z cose cose Z X + cose cose X X cose Y sin e Y sin e Y cosez sin e Z

121 Si las rotaciones e X, e Y, e Z son pequeñas, se puede simplificar esta matriz R, eliminando términos cuadráticos y superiores, aproximadamente el seno por el propio ángulo expresado en radianes, y aproximadamente el coseno del ángulo a la unidad: 1 R = e ey Z e Z 1 e X e e X 1 Y Si se sustituye este valor de R en la expresión (5.6.0) se obtendrá como ecuación de transformación entre los sistemas W y E la siguiente expresión: X Y Z W W W X = Y Z (1 + K). e ey Z e Z 1 e X e e X 1 Y X. Y Z E E E (5.6.1) TRANSFORMACIÓN DE AFINIDAD O DE 7 PARÁMETROS Una vez planteada la ecuación de transformación de coordenadas (5.6.1), entre los dos sistemas W y E, su resolución es inmediata si se conocen los valores de los siete parámetros necesarios que son: x 0, y 0, z 0, K, e x, e y, e z. Así, dadas las coordenadas Xe, Ye, Ze, se obtendrán las Xw, Yw, Zw, o bien, dadas estas ultimas, se obtendrán las primeras, invirtiendo la misma ecuación. Si por cualquier motivo, no se conocieran estos valores, o su conocimiento no fuera lo suficientemente exacto, existe otro método de resolución indirecto, que necesita del conocimiento previo de un conjunto de dobles coordenadas en ambos sistemas. De esta manera, tomando datos el conjunto de dobles coordenadas, es posible el cálculo de esos siete valores o parámetros. Este método de resolución, es el conocido como el método de afinidad o método de 7 parámetros. Para cada conjunto de dobles coordenadas conocido, aplicado a la ecuación (5.6.1), aparecen 3 ecuaciones, luego, para poder calcular los 7 parámetros, serán necesarios al menos 3 vértices de coordenadas conocidas en ambos sistemas, de forma que queden planteadas 7 o mas ecuaciones, en este caso nueve. Una vez obtenidos estos parámetros, es posible resolver la ecuación (5.6.1) para transformar coordenadas, de un sistema a otro, en un entorno próximo a la zona a la que pertenecen los vértices, cuyas dobles coordenadas se conocen ESTABLECIMIENTO DE UN SISTEMA LOCAL Los sistemas de referencia locales, proceden de la geodesia clásica y están basados en observaciones con instrumentos ópticos y gravimétricos. Estos sistemas, se estableces de la siguiente manera: Un elipsoide de revolución, cuya forma se adapte lo mejor posible, en ese ámbito concreto, a la superficie equipotencial o geoide. Unas coordenadas de partida o datum, consistente en una pareja de valores de latitud y longitud, obtenidas por observaciones astronómicas de precisión. En este datum, se apoya el elipsoide antes mencionado, con el semieje menor paralelo al eje de la Tierra, de manera que la latitud y la longitud de cualquier punto en las proximidades de la superficie de la Tierra, vienen dadas por las correspondientes latitudes y longitudes del pie de la normal al elipsoide. 70 Apuntes de clase, cátedra Geodesia I

122 Una tercera coordenada llamada altura ortométrica, ya que las elevaciones sobre el elipsoide así colocado no tienen significado tangible. Esta altura es la separación existente a lo largo de la vertical física local, entre el punto en cuestión sobre el terreno y el geoide. Como ya sabemos esta altura se obtiene por medio de observaciones gravimétricas y nivelación geométrica sobre el punto. Los sistemas de referencias locales, entre ellos el sistema de referencia Campo Inchauspe del año 1969, se materializan por una serie de vértices geodésicos extendidos a todo lo ancho de la región en cuestión. Entre si, están vinculados por observaciones convencionales como pueden ser triangulaciones y nivelaciones, de forma que se les somete a ajustes por el método de los mínimos cuadrados, para minimizar sus errores. A partir de aquí se fueron extendiendo las redes en órdenes inferiores, a base de nuevas observaciones convencionales y nuevos ajustes, de manera que los errores originarios se transmiten íntegramente a las redes inferiores. Por otro lado, la determinación de las coordenadas cartesianas geocéntricas de un vértice en un sistema local, se pueden determinar con el conocimiento de la altura elipsoidal del punto en cuestión. La altura elipsoidal se obtiene por suma de la altura ortométrica y la ondulación del geoide. Esta ondulación, solo es conocida en un juego discreto de puntos de la superficie en la que se puede aplicar al sistema local. Pero puede contener errores del orden del metro ESTABLECIMIENTO DE UN SISTEMA GLOBAL Los sistemas de referencia globales hicieron su llegada con la aparición de los satélites artificiales. Estos permiten medir con idénticos métodos de observación, y por lo tanto, niveles semejantes de exactitud, las tres coordenadas en el espacio X, Y, Z de cualquier vértice. Como elipsoide global se elige uno que se adapte lo mejor posible al geoide, pero esta vez a escala planetaria. Pero además, este elipsoide puede ser colocado de manera que su centro coincida con el centro de masa de la Tierra, y su semieje menor este orientado en la dirección del eje de rotación medio de la Tierra. De esta manera posicionado hace que su meridiano 0 pase por Greenwich. La intersección de este plano meridiano con el plano Ecuatorial será el eje X y el Y esta a 90 en sentido dextrógiro y en el mismo plano del Ecuador. De este modo se pueden obtener las coordenadas geocéntricas geodésicas de todo vértice cuyas coordenadas se hayan obtenido por observaciones satelitales. Estas se calcularán como las correspondientes al pie de la normal a su elipsoide que pasa por el punto en cuestión. Su tercera coordenada, la altura, viene dada ahora por la separación entre el punto en cuestión y la superficie del elipsoide. Esta altura es la altura elipsoidal. El sistema WGS 84 es un sistema global, aceptado convencionalmente tras la manipulación y el ajuste de las observaciones a satélites, que se hicieron hasta ese año. Las coordenadas obtenidas por observaciones GPS, VLBI, SLR, LLR, etc., son posteriormente ajustadas según el sistema y marco de referencia mundial ITRS e ITRF a una época determinada PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Haciendo hincapié en la existencia de errores y ajustes de que adolece cada uno de los sistemas por separado, sobre todo en el caso de los locales, y si a esto se añade el incorrecto y directo conocimiento de los 7 parámetros, que relacionan los dos sistemas cartesianos tridimensionales, local y global, obligadamente se ha de descartar la solución analítica directa, general y única, para la transformación de coordenadas entre dos sistemas propuestos por la ecuación (5.6.1). A pesar de estos errores y ajustes, las redes de un sistema local si guardan coherencia entre si, aunque no con las de otro sistema exterior a él. 71 Geodesia y Topografía, José Manuel Millán Gamboa

123 La solución al problema para aplicar el método de afinidad o de los 7 parámetros para la resolución. Este método utiliza un juego de dobles coordenadas, de cada uno de los sistemas de referencia como ya se explico. Con estas coordenadas es posible establecer una relación de afinidad entre estos sistemas. Así, se podrá calcular el valor de los 7 parámetros para efectuar una transformación de coordenadas de la región. Dependiendo de la cantidad de dobles coordenadas disponibles, y de la extensión de la región en que se encuentre distribuidas, se obtendrán parámetros de transformación de mayor o menor calidad. Para resolver el problema del cálculo de parámetros, aplicando el método de afinidad, se pueden mencionar tres métodos. Estos son: o Modelo de 7 parámetros de Bursa-Wolf o Modelo de 3 parámetros o Modelo de 7 parámetros de Molodensky-Badekas Además de ellos, existen un método para transformación de coordenadas por cambio de Datum que se sirve de formulas dadas por Molodensky: Modelo Abreviado y Estándar de Molodensky MODELO DE 7 PARÁMETROS DE BURSA-WOLF Este método, se basa en una transformación de afinidad de 7 parámetros, a partir de la ecuación de transformación (5.6.1) la ecuación de partida seria la siguiente: X Y Z W W W X = Y + Z ( 1 + K ). 1 e ey Z e Z 1 e X e e X 1 Y X. Y Z e e e Se trata de la misma expresión de la ecuación (5.6.1), en la que se ha sustituido la rotación x 0, y 0, z 0 por X, Y, Z, además de K, e x, e y y e z. Este modelo, presenta el inconveniente de que la inversión de la matriz en el ajuste por mínimos cuadrados, presenta inestabilidad ya que bien todos los elementos de la matriz son de órdenes próximos, los de la matriz de rotación pueden diferir en valores de entre 5 y 8 órdenes de magnitud MODELO DE 3 PARÁMETROS Este modelo, es una simplificación del modelo de 7 parámetros de Bursa-Wolf. Con el se obtienen buenos resultados a la hora de obtener parámetros para extrapolar o interpolar entre varias zonas. Su ecuación es: X Y Z W W W X Xe + = Y Ye Z Ze FORMULA ESTÁNDAR DE MOLODENSKY Las formas de Molodensky permiten convertir directamente las coordenadas curvilíneas sin pasar por las rectangulares. En ellas interviene, además de las tres translaciones entre los orígenes, X, Y, Z, el semieje mayor a, el aplastamiento f del elipsoide asociado al sistema E y las diferencia con los del sistema W, por lo que seria:

124 a E a W a = f E f W f = Estas formulas toman en cuenta las translaciones del origen y las diferencias de tamaño y forma de los elipsoides asociados a los sistemas E y W, pero ignoran las rotaciones entre los ejes y la diferencia de escala. Cabe destacar que los sistemas E y W, pueden ser cualesquiera, siempre y cuando sus parámetros de transformación se encuentren definidos. Los resultados de estas formulas φ, λ, h, deben ser adicionadas a las coordenadas del sistema inicial, para así obtener coordenadas en el sistema WGS 84, las cuales serian 72 : φ WGS 84 [grados, min, seg] = φ 0 [grados, min, seg] + φ [seg] λ WGS 84 [grados, min, seg] = λ 0 [grados, min, seg] + λ [seg] h WGS 84 [metros] = h 0 [metros] + h [metros] Para la transformación de un Datum geodésico local a WGS 84, definiendo luego cada termino de ellas. ( ) ( ) ( ) ( ) [ ] 1 2 ".sin.....cos.sin..cos.sin.sin.cos.sin " = l h R a b R b a R f a e R a z y x M N M N ϕ ϕ ϕ λ ϕ λ ϕ ϕ ( ) ( ) [ ] ( ) [ ] 1 ".sin.cos..cos.sin " + + = l h R y x M ϕ λ λ λ ( ) ( ) ( ) = ϕ ϕ λ ϕ λ ϕ 2.sin....sin.sin.cos.cos cos. N N R a b f R a a z y x h 72 Apuntes de clase año 2000, Armando del Bianco Apuntes de clase, cátedra Geodesia I Geodesia y Topografía, José Manuel Millán Gamboa

125 CAPITULO 9 POSICIONAMIENTOS GNSS 9.1. ASPECTOS DEL POSICIONAMIENTO Cualquier forma de empleo del GNSS para el posicionamiento, adopta una de las dos características que se mencionan a continuación, para cada uno de los tres aspectos siguientes: CARACTERÍSTICAS Código Fase de la Portadora ASPECTOS Absoluto o Relativo Estático o Cinemática Tiempo Real o Postproceso Tabla 9.1: Tipos de Posicionamientos Así, por ejemplo, un determinado método de observación será el posicionamiento absoluto cinemático en tiempo real, y otro, el posicionamiento absoluto estático con post-procesado. Cualquier combinación, de cualquiera de las dos características de cada una de los tres aspectos, dará lugar a un método de posicionamiento. Cada uno de ellos utilizara el observable de Código, la Fase de la Portadora o ambos. Aquellos que utilizan la fase de la portadora necesitan de un periodo estático de inicialización para poder resolver la ambigüedad inicial EL POSICIONAMIENTO ABSOLUTO FRENTE AL RELATIVO El posicionamiento Absoluto, también conocido con el nombre de Autónomo o Single Point Positioning, determina las coordenadas de un receptor en un punto desconocido. Estas coordenadas se refieren al sistema de referencia al que se este usando. Se emplea un único receptor. Este tipo de posicionamiento, trabaja generalmente con Códigos C/A o P de la Portadora. El posicionamiento Relativo, en vez de calcular la posición de un punto aislado sobre la Tierra, solo con respecto a los satélites, emplea también otro vértice de coordenadas conocidas, de forma que las coordenadas del primero se obtienen al aplicar un vector, denominado línea base, entre la estación de coordenadas conocidas y la desconocida. La ventaja de este método con respecto al anterior, es que logran exactitudes mucho mas elevadas debido a que la mayoría de los errores de observación GNSS son comunes a las estaciones conocidas y desconocida, y así, es posible reducirlos en el procesado de los datos. Por esta razón, éste será el método que se aplique a trabajos Geodésicos. Para ello, se necesita el uso de dos receptores y se realiza con la utilización, tanto en Códigos, como de la Fase de la Portadora. No hay que confundir el termino Posicionamiento Diferencial con el termino Posicionamiento Relativo, aunque en ocasiones se emplean erróneamente como sinónimos. El posicionamiento Diferencial emplea dos receptores, uno en una posición conocida y otro en una posición desconocida, cuyas coordenadas se quieren determinar. Generalmente su tipo de observación es la del Código. Se diferencia del método Relativo, en que no calcula un vector o línea base para el posicionamiento, sino que se sirve de correcciones, medidas en la posición conocida, que se aplican a las medidas efectuadas por el receptor en la estación desconocida. Estas correcciones, son ajustes que se deben efectuar a las pseudodistancias observadas, para que fuesen iguales a las pseudodistancias calculadas, que se obtienen tomando como datos las coordenadas del punto conocido y las posiciones de los satélites. Otro tipo de correcciones, menos usadas y menos precisas, consisten en comparar directamente la posición observada, en el punto de estacionamiento del receptor de referencia, con las coordenadas conocidas del mismo punto. Los dos tipos de correcciones se transmiten entre receptores, vía radio o satélite, según el formato 104-RTCM (es un protocolo de serie utilizado para la radiodifusión para correcciones a las pseudodistancias de las estaciones de referencia GPS diferencial)

126 EL POSICIONAMIENTO ESTÁTICO FRENTE AL CINEMÁTICO El posicionamiento estático implica que el receptor que este realizando las observaciones se encuentre estático en el punto cuyas coordenadas se quieren obtener. Este método puede emplear uno o dos receptores, y se pueden utilizar tanto en los Códigos como la Fase de la Portadora. El posicionamiento cinemático es un tipo de posicionamiento en el que, generalmente, un receptor se mueve mientras realiza la observación. Este método puede emplear uno o dos receptores, y se pueden emplear tanto en Códigos como la Fase de la Portadora. Es menos preciso que el estático, y se ve afectado por más obstáculos, aunque es más productivo EL POSICIONAMIENTO EN TIEMPO REAL FRENTE AL POST-PROCESO El posicionamiento en Tiempo Real, las posiciones de calculan casi instantáneamente sobre el terreno, ya que el receptor resuelve los algoritmos necesarios casi a la vez que realiza las observaciones. Emplea uno o dos receptores. Puede trabajar tanto en Código como la Fase de la Portadora. El posicionamiento con Post-proceso realiza la observación grabando los datos obtenidos, de forma que posteriormente a la observación, estos datos son tratados con un determinado tipo de software y combinados con datos externos, como pueden ser las efemérides mas precisas de los satélites. Se emplean uno o dos receptores, y se emplean tanto en Código como Fase de la Portadora. Presenta la gran ventaja, sobre el posicionamiento en Tiempo Real, de poder controlar el algoritmo de cálculo para desechar errores en la observación, y para explotar al máximo toda la información con la que se cuenta. Este posicionamiento es, generalmente, mas preciso que el de Tiempo Real TIPOS DE POSICIONAMIENTO La figura 9.1 detalla a través de un organigrama los principales tipos de posicionamiento, clasificados según el rubro que le corresponde, para luego ser detallados uno por uno ABSOLUTO ESTÁTICO EN TIEMPO REAL En este caso se emplea un único receptor de forma estática en un punto cuyas coordenadas se quieren saber. Se pueden trabajar, tanto en los Códigos como las Fases, de forma conjunta o separada. No es necesario que el receptor grabe datos. El principio de funcionamiento de este sistema de posicionamiento, debido a que el estacionamiento es estático facilita el posicionamiento. Este sistema no es muy empleado, ya que para el caso de querer obtener las coordenadas de un punto, cualquier otro método es más ventajoso. Un típico ejemplo de este caso es el uso del navegador satelital portátil. Con éste sistema, las precisiones que se consiguen actualmente, hablando exclusivamente del sistema GPS, con la Disponibilidad Selectiva desactivada, varían de un receptor a otro, pero de forma general se estipula una exactitud de unos 15 metros en el 95% de los casos para Código C/A (SPS) y 1 metro para Código P (PPS). En el caso de operar con la Fase de la Portadora, al ser en tiempo real, hay que tener en cuenta que en el caso de que el receptor sea simple frecuencia, para tener solución habrá que esperar a que resuelva las ambigüedades, lo que puede llevar varios minutos, lo mismo se aplica al caso de que se produzcan perdidas de ciclos

127 TIPOS DE POSICIONAMIENTO ABSOLUTO RELATIVO ESTÁTICO CINEMÁTICO ESTÁTICO CINEMÁTICO TIEMPO REAL POST PROCESO TIEMPO REAL POST PROCESO TIEMPO REAL POST PROCESO TIEMPO REAL POST PROCESO CONVENCIONAL RÁPIDO REOCUPACIÓN STOP and GO PSEUDO CINEMÁTICO Figura 9.1: Tipos de Posicionamientos

128 Figura 9.2: Posicionamientos Absoluto Si el receptor es doble frecuencia, este tiempo de cálculo de ambigüedades suele ser menor de 5 segundos. Las exactitudes son mayores, que en el caso de operar con Códigos, llegando a dar precisiones mejores de 20 cm ESTÁTICO CON POST-PROCESO En este caso se emplea un único receptor de forma estática en un vértice cuyas coordenadas se quieren conocer. El sistema puede trabajar tanto con Código como con Fase, de forma conjunta o separada. Es necesario que el receptor tenga capacidad para grabar los datos. El principio de funcionamiento de este sistema de posicionamiento es similar al explicado en el apartado anterior, pero la solución del problema se obtendrá posteriormente al utilizar los datos grabados y combinarlos con efemérides precisas difundidas por el segmento de control, normalmente unos 15 días después de la observación. Estas efemérides precisas dan datos precisos de las orbitas de los satélites observados, con lo que la posición obtenida mejora sensiblemente. Este sistema no es muy empleado, ya que para el caso de querer obtener las coordenadas de un vértice existen métodos más ventajosos. Un típico ejemplo de este caso es el de un profesional que quiere obtener las coordenadas de un vértice, y solo posee un receptor aunque de buenas prestaciones. Aunque no es necesario, es conveniente que el receptor sea doble frecuencia, y posea un buen número de canales de seguimiento. Siempre debe ser capaz de grabar los datos observados. El individuo debe disponer de un software para procesar los datos observados, combinándolos con las efemérides precisas proporcionadas por el segmento de control. Figura 9.3: Absoluto: Estático Post-Proceso CINEMÁTICO EN TIEMPO REAL En este caso se emplea un único receptor en movimiento, de forma que proporciona en tiempo real, información de la posición, velocidad y tiempo. En la mayoría de los casos trabaja solamente con los Códigos, y no es necesario que el receptor grabe datos. Este sistema es muy empleado en la confección de track (rutas de navegación). Las precisiones obtenidas con este método son muy similares a las expresadas para el caso del posicionamiento absoluto estático en tiempo real. Un típico ejemplo de este caso es un navegante, conductor, etc.,

129 que quiere conocer su posición y velocidad de forma continúa. Se emplea un receptor que únicamente realiza observaciones de Códigos. Figura 9.4: Absoluto: Cinemático tiempo real CINEMÁTICO CON POST-PROCESO En este caso se emplea un único receptor en movimiento que tiene capacidad para grabar datos de observación de Código o de observación de Código y Fase. La solución del problema se obtendrá, posteriormente, al utilizar los datos grabados y combinarlos con efemérides precisas difundidas por el segmento de control. Este sistema prácticamente no se emplea, ya que para obtener ventaja del sistema, se utilizara el procedimiento relativo. Un posible ejemplo de este caso, aunque remoto, seria el de querer realizar un levantamiento taquimetrito, aunque existen métodos muchos mas ventajosos y precisos para este fin RELATIVOS ESTÁTICO EN TIEMPO REAL En este caso se utilizan dos receptores estáticos en puntos del terreno enlazados por radio, de forma que ambos realizan observaciones simultáneas a los mismos satélites, tanto de Código como de Fase. Uno de los receptores realiza las funciones de estación de referencia, cuyas coordenadas son conocidas, y el otro, es la receptor móvil cuyas coordenadas se quieren conocer. El método calcula el vector, o línea base, que une los dos puntos. El receptor móvil ha de tener capacidad para resolver el algoritmo del método relativo, y tendrá que hacer el cálculo del vector en tiempo real, puesto que es el que va a recibir, vía radio, los datos de la estación de referencia. En este tipo de observaciones se deben realizar las mismas consideraciones que para el tipo de posicionamiento absoluto estático en tiempo real, en cuanto al cálculo de ambigüedades iniciales cuando se emplea la Fase ESTÁTICO CON POST-PROCESO Existen dos métodos que emplean esta técnica para el posicionamiento. Son el método estático Convencional y el estático Rápido. Errores que elimina: Disponibilidad Selectiva (SA) Retardo Ionosférico. Retardo Troposférico. Error en las Efemérides. Error reloj satélite

130 ESTÁTICO CONVENCIONAL En este caso se emplean dos receptores de forma estática, uno de ellos se colocará en la estación de referencia, y el otro en el receptor móvil. El método consiste en la determinación del vector que une estas dos estaciones en las que se efectúan observaciones simultáneas. Como ya se ha mencionado, a este vector se le conoce como línea base (base line) Los receptores, en este caso, deben ofrecer buenas prestaciones, permitiendo las observaciones tanto en Código, como de Código y Fase, y ser doble frecuencia, con un número suficiente de canales de seguimiento. Aunque son preferibles los receptores doble frecuencia, también se pueden emplear simple frecuencia. Al ser un método con post-proceso, puede resolver muchas mas combinaciones de observables que en el método cinemática, y no se ve limitado a la resolución de ambigüedades, en tiempo casi real Figura 9.5 Relativo: Estático Convencional Para su mayor desempeño, es recomendable que la observación simultanea de los dos receptores, sea al menos de unas 2 horas. La razón de ello es el permitir el aprovechamiento del cambio en la geometría que los satélites trazan sobre el espacio. Este cambio en la geometría facilita la resolución de la ambigüedad. El receptor debe ser capaz de grabar las observaciones. Una vez efectuada la observación, se combinan los datos obtenidos en las dos estaciones, junto con los datos de efemérides precisas. Para ello, se debe contar con una estación de trabajo que soporte el software adecuado para procesar las observaciones. De este modo se obtiene la línea base, que ajustada a las coordenadas de la estación de referencia, permite conocer con gran exactitud las coordenadas del receptor móvil. El alcance de la exactitud en el empleo del GNSS estático con post-proceso, o estático convencional, varía dependiendo de: Los parámetros seguidos en la observación y en el procesado Las longitudes de las líneas bases medidas Los receptores empleados. NOTA: Método estándar para distancias superiores a 20 Km. Las aplicaciones para este método son las siguientes: Redes geodésicas (Nacionales e Internacionales) Control Geodésico. Estudio de movimiento de placas

131 Control de deformaciones en diques y estructuras. Se emplean técnicas de proceso sofisticadas que tratan los errores de manera especial, de forma que se logran exactitudes milimétricas. Ventajas: Más preciso, eficiente y económico que los métodos topográficos tradicionales. o Sustituye al método clásico de triangulación ESTÁTICO RÁPIDO Existe una variante de la técnica relativa estática con post-proceso, que es el posicionamiento denominado Estático Rápido. Este termino fue introducido para describir los procedimientos de posicionamiento GPS estáticos, que requieren minutos en lugar de horas de observación. La técnica se basa en la resolución de las ambigüedades de la portadora en muy cortos periodos de tiempo, son el beneficio del cambio en la geometría de los satélites con el tiempo. Para ello, utiliza métodos sofisticados de procesos, e información adicional obtenida a base de informaciones, no solo del Código C/A, sino también del Código P, o de la redundancia de satélites, de 7 u 8, en vez de los 4 mínimos. Así, se pueden reducir los periodos de observación, de forma que solo es necesario estacionar 5 o 10 minutos por estación, manteniendo los mismos órdenes de precisión que para el método relativo estático. Figura 9.6: Relativo: Estático Rápido Los trabajos en estáticos rápidos, se deben realizar con líneas base cortas, entre 10 a 20 km. Así, se logran exactitudes centimétricas. La máscara de elevación que se introduce es de 15º de elevación y las épocas de 15 segundos (intervalo de registro de datos, varia de 1 segundo hasta 60 segundos). Mecanismo de Estacionamiento Estacionamiento de una estación de referencia temporal: observa y almacena datos de todos los satélites a la vista continuamente

132 El Receptor móvil se estaciona en el punto que se pretende levantar. Estaremos en el punto el tiempo que nos indique las tablas en función del Nº de satélites, Distancia a la referencia, GDOP, etc. Los tiempos breves de observación posibilitan una precisión de 5 a 10 mm. ± 1 ppm. (EMC) Los tiempos de observación son: de 5 a 10 minutos para distancias inferiores a 5 Km. Aplicaciones: Levantamientos de control, densificación. Sustituye al método clásico de poligonación. Determinación de puntos de control, ingeniería civil, bases de replanteo. Levantamiento de detalles y deslindes. Cualquier trabajo que requiera la determinación rápida de un elevado número de puntos. Apoyos fotogramétricos. Ventajas: Sencillo, rápido y eficiente comparado con los métodos clásicos No requiere mantener el contacto con los satélites entre estaciones. Se apaga y se lleva al siguiente punto. Reducido consumo de energía. Ideal para un control local. No existe transferencia de errores ya que cada punto se mide independientemente. Los inconvenientes es no se puede utilizar en zonas de población, cerca de edificios, debido al efecto multipath y en general en zonas que nos impidan recibir cuatro o más satélites. Este método de posicionamiento se puede utilizar simultáneamente con el estático, realizando la triangulación con método estático y la densificación con el estático rápido. Tipo de Posicionamiento ESTÁTICO RÁPIDO ESTÁTICO Números de Satélites GDOP 8 Longitud de la Línea Base Tiempo de Observación DIA Tiempo de Observación NOCHE 4 o más hasta 5 Km. de 5 a 10 min. 5 min. 4 o más de 5 a 10 Km. de 10 a 20 min. de 5 a 10 min. 5 o más de 10 a 15 Km. de 20 a 30 min. de 5 a 20 min. 4 o más de 15 a 30 Km. de 1 a 2 hs. 1 hora 4 o más más de 30 Km. mayor a 2 hs. 2 horas REOCUPACIÓN Tabla 9.2: Alcances en los tipos de posicionamientos 73 Algunas marcas de equipos tienen la posibilidad de llevar a cabo mediciones sobre el terreno con este método, que presenta la particularidad de que las condiciones no son las mas adecuadas, posteriormente el software es el encargado de procesar estos tipos de datos, como es en particular el SKI-Pro de Leica Se utiliza cuando la situación para la observación no es del todo eficaz, es decir, no tenemos 4 satélites como mínimo, o bien, el GDOP es superior al permitido GPS y Aplicaciones en la Topografía, Leica

133 Este método es muy útil cuando el método estático rápido no es posible realizarlo. Se realiza de la misma manera que el estático rápido pero estacionando en el punto dos veces, con una diferencia en el estacionamiento en el punto de una hora. La razón de hacerlo con una hora de diferencia es por que de esta manera aseguramos que vamos a recibir al menos 3 satélites distintos. Lo que hace el software es sumar la información de una y otra observación y lo calcula como si fuese una sola observación. Alta precisión en dos pasos. Estación de referencia temporal: rastrea continuamente. Receptor móvil: ocupa cada punto por breves minutos. Reocupación después de al menos 1 hora de espera. El software combina las observaciones. Precisión de una línea -base: 5 a 10 mm. + 1 ppm. (EMC) Aplicaciones: Las mismas que el Estático Rápido. Ventajas: La precisión depende menos de la constelación de satélites que en el modo estático rápido. Buenos resultados con solo 3 Satélites. Método ideal cuando las condiciones dadas no son adecuadas para el estático rápido o cuando por obstrucciones se reduce el número de satélites disponibles CINEMÁTICO EN TIEMPO REAL Esta técnica se conoce con el nombre de Real Time Kinematic (RTK). Se han de emplear dos receptores. El receptor de la estación de referencia o base se encuentra en forma estática en un punto de coordenadas conocidas, y el receptor remoto se encuentra en movimiento, pasando por aquellos puntos cuyas coordenadas se quieren determinar. Al ser un tiempo real, el receptor remoto realiza el cálculo de la línea base con sus observaciones y con las observaciones del receptor base, que son enviadas al receptor remoto, vía radio, en la banda UHF o VHF. Figura 9.7: Relativo: RTK

134 Las situaciones recibidas en el receptor remoto se suelen grabar en el receptor para su posterior descarga. Esto no implica un post-proceso, ya que lo único que se trata, es de actuar como almacén de coordenadas que luego será utilizado, por ejemplo, para su edición grafica. Se pueden emplear, tanto el observable de Código, como el de Fase. En el caso de la Fase, hay que tener en cuenta la resolución de las ambigüedades. Si hay necesidad de que el sistema proporcione coordenadas lo más continuadamente posible, se tendrá que emplear receptores doble frecuencia para que se produzca, de forma casi inmediata, la resolución de las ambigüedades. La transmisión radio de datos, entre base y el receptor móvil, se deberá realizar con una frecuencia de 0,5 a 5 segundos. Una ventaja importante de este método, es que si se dota al receptor remoto de una consola de control y visualización, se pueden replantear puntos sobre el terreno, es decir, materializar en el terreno puntos de los que se conocen sus coordenadas. El RTK, es muy utilizado en topografía debido a su alta productividad, ya que se pueden obtener coordenadas con gran precisión, y en poco tiempo CINEMÁTICO CON POST-PROCESO Existen técnicas de trabajo con posicionamientos relativos que adoptan nombres propios y que son difíciles de clasificar por encontrarse en la frontera entre lo que seria un procedimiento relativo estático y uno relativo cinemática, ya que emplean receptores móviles, realizando paradas mas o menos cortas en los vértices a determinar. Además, aunque su empleo habitual es un post-proceso, también es posible utilizar técnicas de tiempo real. Estos procedimientos, reciben el nombre de posicionamiento Semi-cinemático o Stop and Go, y posicionamiento Pseudocinemático STOP AND GO En esta técnica se han de emplear dos receptores simple frecuencia que deben tener capacidad de grabación de datos, con un número suficiente de canales de seguimiento. Uno de ellos será la estación de referencia, y el otro el receptor móvil, que ira moviéndose entre los puntos cuyas coordenadas se quieren conocer. Esta técnica se conoce como cinemática, porque entre parada y parada, debe continuar realizando el seguimiento de los satélites (Go), aunque realmente el dato que interesa, son las coordenadas en el punto de parada (Stop). El tiempo de parada en cada estación cuyas coordenadas se quieren determinar, es del orden de 1 minuto, o incluso menos. Las precisiones que se obtienen son del orden de 10 cm. Para empezar el trabajo se debe resolver la ambigüedad inicial. Para ello, se debe emplear una línea base conocida cuya longitud sea de pocos metros, y que se empleará como dato. En los puntos que la determinan, se sitúan las antenas de ambos receptores, observando los satélites unos pocos minutos. Luego, se intercambian las antenas y se observan los satélites otros pocos minutos. Finalmente, se colocan en la posición inicial, y se puede inicializar el trabajo. La más versátil y reciente técnica para resolver la ambigüedad inicial, es la técnica denominada On The Fly, que se realiza con el receptor móvil en funcionamiento, y ya en movimiento. Una vez resuelta la ambigüedad, el receptor se ha trasladado de punto en punto, recogiendo observables de fase en cada uno de ellos durante, aproximadamente 1 minuto. Es muy importante que entre parada y parada, el receptor remoto continúe el seguimiento de los mismos satélites, así como los de la estación de referencia. De esta manera, la ambigüedad resulta al comienzo es válida para todas las observaciones. El método normal de empleo de esta técnica es con post-proceso. Una vez efectuada la observación, se combinan los datos obtenidos en las dos estaciones, empleando si se desea datos de efemérides precisas. Esto se lleva acabo en una estación de trabajo que soporte el software adecuado para procesar las observaciones. Esta técnica se puede realizar, también, en tiempo real con el correspondiente equipo de comunicación VHF o UHF y modem, de forma que se transmiten, de estación de referencia a remota, el vector de posición entre ellas, calculado a partir de las medidas de Fase PSEUDO-CINEMÁTICO Este método se podría asimilar a una combinación entre la técnica de posicionamiento relativo estático y el Semi-cinemático. Con dos receptores simple frecuencia, que deben tener capacidad de grabación de datos y con

135 un numero suficiente de canales de seguimiento, se establece una estación de referencia y otra remota. Esta última, se ira desplazando por aquellos vértices en los que se quieren determinar coordenadas, de aquí su similitud con la técnica semi-cinemática. Pero se diferencia de ella, en que se deben ocupar, durante 5 minutos, dos veces la misma estación, con 10 minutos de observación, se alcanza la precisión de una observación única mucho mas larga. Este procedimiento, tiene la ventaja sobre el semi-cinemático, de que no hace falta realizar el seguimiento de satélites entre parada y parada. Los receptores se pueden incluso apagar. El posicionamiento pseudo-cinemático no ha tenido demasiada difusión en su empleo, ya que presenta la restricción logística de tener que volver al mismo punto dos veces con 1 hora de espaciamiento. De ahí, que para el mismo tipo de trabajo, los procedimientos relativo estático y estático rápido resulten mejores elecciones

136 CAPITULO 10 USO COMBINADO DE LOS SISTEMAS GPS Y GLONASS INTRODUCCIÓN. Los Sistemas GPS y GLONASS son sistemas autónomos, es decir, cada uno tiene su propio sistema de referencia y su propia escala de tiempo. Usan diferentes sistemas de referencia para expresar las posiciones de sus satélites, y por lo tanto, para determinar las posiciones de los usuarios. Para poder utilizar los dos Sistemas de Posicionamiento por Satélite, GPS y GLONASS, es decir, recibir señales de los satélites de ambas constelaciones, es necesario establecer la relación entre los sistemas de tiempo y sistemas de referencia utilizados por ambos. El Sistema GPS utiliza el sistema de referencia WGS-84, mientras que el Sistema GLONASS utiliza el PZ-90. Los parámetros que definen los dos sistemas de referencia son significativamente diferentes. Analizando las pseudodistancias medidas a los satélites GLONASS y GPS, los errores cometidos viene expresado por el valor que son consentidos en la URE (User Range Error). Este error contempla los errores al predecir las efemérides, inestabilidades en el vehículo espacial, relojes de los satélites, efectos ionosféricas y troposféricos, efecto multipath, ruido de la señal, y para GPS, la Disponibilidad Selectiva (SA). Todos estos errores en su conjunto se recogen en el valor σure. El URE se define como la diferencia entre la pseudodistancia y la distancia calculada a partir de las posiciones dadas de los satélites, teniendo en cuenta sólo los errores de reloj y de deriva. Para GLONASS, el valor del URE es de σure 10 m, mientras que para GPS sin SA es de σure 7 m, y con SA es de σure 25 m. La diferencia en los valores de URE de 7 a 10 m entre los Sistemas GPS y GLONASS, es atribuida principalmente a la falta de corrección del efecto ionosférico en GLONASS ESTUDIOS REALIZADOS SOBRE LA UTILIZACIÓN DE AMBOS SISTEMAS Y SU USO COMBINADO. El Laboratorio Lincoln de Massachusetts hizo un estudio de las precisiones que ofrecen ambos sistemas de posicionamiento y las precisiones de su uso combinado, analizando las precisiones obtenidas en posicionamiento absoluto usando en código C/A durante periodos de 24 h. La precisión con GLONASS, obtenida en estas pruebas es mejor que los niveles garantizados por el Gobierno Ruso. Además, la precisión con GLONASS es mejor que la obtenida con GPS debido a que la Disponibilidad Selectiva está activada. Sin embargo, si la SA estuviera desactivada, la precisión con GPS sería mejor que con GLONASS. Los siguientes valores muestran los resultados obtenidos por el Laboratorio Lincoln en una de las pruebas realizadas para la obtención de posiciones absolutas utilizando la constelación GLONASS, la constelación GPS y su uso combinado GPS/GLONASS: POSICIONES ESTIMADAS CON GLONASS: Error Horizontal (m) Error Vertical (m) 10 (50%) 21.2 (95%) 26.8 (99%) 14.6 (50%) 39.1 (95%) 46.3 (99%) Tabla 10.1: Posiciones GLONASS

137 POSICIONES ESTIMADAS CON GPS: Error Horizontal (m) Error Vertical (m) 26.2 (50%) 48.4 (95%) 62.9 (99%) 26.7 (50%) 81.7 (95%) (99%) Tabla 10.2: Posiciones GPS POSICIONES ESTIMADAS CON LA COMBINACIÓN GPS/GLONASS: Error Horizontal (m) Error Vertical (m) 6.5 (50%) 14.9 (95%) 25.8 (99%) 16.7 (50%) 41.8 (95%) 49.5 (99%) Tabla 10.3: Posiciones GPS/GLONASS Con la disponibilidad de receptores GPS/GLONASS, el usuario puede tener acceso a un sistema combinado de hasta 48 satélites (con las dos constelaciones completas). Con todos estos satélites, los trabajos en desfiladeros y otras localizaciones de visibilidad restringida, tales como áreas boscosas, etc., es mejorada debido a la posibilidad de mayor información con más satélites. Además, una mayor constelación de satélites también mejora la ejecución del posicionamiento diferencial en tiempo real, ya que, el tiempo menor de toma de datos, con respecto a un posicionamiento diferencial calculado en post-proceso, se ve compensado por la obtención de una mayor información de más satélites. Pero eso no es todo, además el tiempo de inicialización para alcanzar precisiones de nivel centimétrico mejora en un factor de 3 a 6 veces con una constelación de 48 satélites. El posicionamiento posee una integridad mayor. Para un nivel de confianza de 99.9% el posicionamiento con GPS requiere una recepción continua de 6 o más satélites en su constelación de 24 satélites. En cambio usando GPS/GLONASS, para el mismo nivel de confianza, se requiere una recepción continua de 7 satélites de los 48 de la combinación. Las operaciones de código diferencial vienen a ser más simples. Debido a que no existe una degradación deliberada de la precisión, el trabajo con GLONASS diferencial requiere mucha menor cantidad de correcciones. Es posible la detección del 100% de los fallos, tanto en disponibilidad de los satélites, como en la calidad de la información que transmiten, gracias a la existencia de los RAIM (Receiver Autonomous Integrity Monitoring), que son receptores autónomos de seguimiento íntegro que utilizan unos algoritmos que detectan anomalías en la transmisión de datos, aún figurando un buen estado de salud en los mensajes de navegación y almanaques. Las principales ventajas del uso combinado GPS/GLONASS son la mejora en la geometría de los satélites y la moderación de la Disponibilidad Selectiva. Las posiciones se estiman usando los parámetros de transformación entre el sistema PZ-90 y el WGS OBTENCIÓN DE LOS PARÁMETROS DE TRANSFORMACIÓN ENTRE PZ-90 Y WGS-84. Los parámetros que definen los dos sistemas de referencia PZ-90 y WGS-84 son significativamente diferentes

138 Para poder utilizar el sistema combinado GPS/GLONASS es necesario el conocimiento de las posiciones de todos los satélites utilizados, satélites GPS y GLONASS, en el mismo sistema de referencia. Para ello, lo que se realiza es el paso de las posiciones de todos los satélites GLONASS al sistema de referencia WGS-84, y así trabajar con la constelación de los 48 satélites en un mismo sistema de referencia. Además de la unificación del sistema de referencia, es necesario establecer también la relación entre los dos sistemas o escalas de tiempo utilizados. Esto se resuelve por medio de la información contenida en los mensajes de navegación de cada uno de los sistemas, donde aparecen las diferencias entre los tiempos GPS o tiempos GLONASS con respecto al Tiempo Universal Coordinado. Para obtener las efemérides de los satélites GLONASS en el sistema WGS-84 es necesario conocer los parámetros de transformación de PZ-90 a WGS-84, para lo cual se necesita un cierto número de satélites GLONASS con coordenadas en ambos sistemas. Con estos satélites se calculan los parámetros de transformación utilizando la técnica de mínimos cuadrados, y se aplican al resto de satélites. Las coordenadas de los satélites GLONASS en PZ-90 aparecen en el mensaje de navegación que emiten los satélites. La estimación de las posiciones de los satélites GLONASS en WGS-84 es realizada por una serie de estaciones de seguimiento que utilizan técnicas de medición láser, radar y ópticas para la determinación de las órbitas. Estas estaciones están localizadas por todo el mundo: Técnicas láser: Estados Unidos, Alemania, Austria, Finlandia, Latvia, Rusia, Ucrania, Uzbekistan, Japón y Australia. Técnicas rádar: Westford y Kwajalein. Técnicas ópticas: Estaciones MOTIFF en Hawai y Estaciones GEODSS en la Isla Diego García. La determinación de las órbitas se realiza utilizando un software de alta precisión que usa la técnica de mínimos cuadrados. Las órbitas son calculadas usando nueve días de datos de seguimiento. Una vez que los parámetros orbitales son estimados, el programa genera vectores de estado en intervalos de 30 minutos, correspondientes a las épocas de las efemérides GLONASS transmitidas. La calidad de la determinación de las órbitas tras el cálculo se estima por un error RMS de la posición de los satélites del orden de 11 m. Figura 10.1: Estaciones de seguimiento para el cálculo de las órbitas de los satélites GLONASS en WGS En el Laboratorio Lincoln de Massachusetts se calculan los parámetros de transformación entre ambos sistemas. Se utiliza una red de receptores de referencia distribuidos por toda la superficie de la Tierra que determinan las coordenadas de los satélites GLONASS en ambos sistemas. Así se obtienen las posiciones de los satélites GLONASS en el sistema PZ-90 a partir de las efemérides transmitidas, y las coordenadas de los satélites GLONASS en WGS-84 a partir de la red de estaciones de seguimiento láser y sistemas radar. Se estiman los 74 Langley, R., Review and Update of GPS and GLONASS, in GPS World

139 parámetros de la transformación por MMCC, obteniendo como resultado de la transformación una rotación alrededor del eje Z y una traslación a lo largo del eje Y. Los parámetros de la transformación resultantes se muestran en la siguiente figura: Figura Transformación de coordenadas de PZ-90 a WGS-84. Una vez que tenemos los parámetros de la transformación del sistema PZ-90 al sistema WGS-84 ya podemos tener las efemérides de todos los satélites GLONASS en el sistema WGS-84, y por lo tanto podremos utilizar el sistema combinado GPS/GLONASS. La mayor causa de error en la determinación de los parámetros de transformación se encuentra en las efemérides transmitidas. Para facilitar el uso combinado GPS/GLONASS, las autoridades Rusas pretenden incluir en los nuevos mensajes de navegación de los satélites de la constelación GLONASS-M, las diferencias entre los dos sistemas de tiempos y posiciones de referencia VENTAJAS DEL SISTEMA GPS + GLONASS Las principales ventajas que GPS + GLONASS presenta son: Disponibilidad, Confiabilidad y Precisión DISPONIBILIDAD Los 24 satélites que se determinó para GPS fue pensado para tener cobertura mundial durante las 24 horas del día, pero sin considerar las obstrucciones presentes en todas las actividades cercanas a los bancos de explotación; y de otros obstáculos tales como edificios, cerros, árboles, etc. Esta situación es especialmente complicada en las minas, ya que en muchos casos son profundos socavones en la que la cobertura GPS es extremadamente limitada, por lo que puede ser usada sólo en algunas horas del día y en zonas muy abiertas de la depresión. Esto ha sido verificado en muchas oportunidades por intentos de medir en diferentes minas, donde generalmente en el fondo se puede obtener 5 satélites, que es el mínimo necesario para obtener precisión centimétrica en tiempo real. Pero al acercarse a los bancos de explotación fácilmente se baja a 4 o 3 satélites, insuficientes para las aplicaciones mineras. Es fácil suponer que al agregar los satélites GLONASS, duplicando así la cantidad de satélites GPS, sucederá que donde haya 5 satélites GPS se tendrá 10 satélites GPS + GLONASS y donde no se pueda medir porque apenas hay solo 3 ó 4 satélites GPS habrá de 6 a 8 satélites GPS + GLONASS, lo que permite obtener precisión centimétrica

140 CONFIABILIDAD El departamento de transporte de los Estados Unidos llegó a la conclusión que el sistema GPS por sí solo no satisface los requerimientos para un Sistema Primario de Navegación Aérea. Pero GPS + GLONASS si entregaría una solución aceptable, la cual debe cumplir con la disponibilidad de al menos 6 satélites visibles durante el % del tiempo, que es el mínimo necesario para identificar y corregir cualquier anomalía que se produzca en algún satélite y así poder tener un posicionamiento altamente confiable PRECISIÓN GLONASS presenta la ventaja de no estar afecto a la degradación de sus señales, como lo es la Disponibilidad Selectiva en el caso de GPS. De esta manera la precisión absoluta GPS se ve restringida a 100 metros con un 95% de probabilidad, mientras que GPS + GLONASS entrega una precisión absoluta de 16 metros. El ISS (Institute of Satellite Navigation) ha trabajado construyendo receptores con GLONASS y GPS a partir de Con la disponibilidad de receptores GPS / GLONASS, el usuario puede tener acceso a un sistema combinado de hasta 48 satélites (con la dos constelaciones completas). Con todos estos satélites, los trabajos en desfiladeros y otras localizaciones de visibilidad restringida, tales como áreas boscosas, etc., es mejorada debido a la posibilidad de mayor información de más satélites. Además, una mayor constelación de satélites también mejora la ejecución del posicionamiento diferencial en tiempo real, ya que, el tiempo menor de toma de datos, con respecto a un posicionamiento diferencial calculado en post-proceso, se ve compensado por la obtención de una mayor información de más satélites. Al aplicar el método diferencial, la precisión de GPS es similar a la de GPS + GLONASS en áreas abiertas, pero cuando se debe trabajar en áreas obstruidas como en la minería, GPS difícilmente puede mantener las precisiones, ya que con menos de 5 satélites no puede entregar precisión centimétrica, mientras que en tal situación habrá 6 a 8 satélites GPS + GLONASS que podrán seguir proporcionando, precisión centimétrica GPS vs GLONASS En la tabla 10.4, podemos ver las diferencias entre las dos constelaciones, la estructura de la señal y las especificaciones del GPS y GLONASS para un posicionamiento preciso. Como se observará, los dos sistemas son muy similares. CONSTELACIÓN GPS GLONASS Número de Satélites Número de Planos Orbitales 6 3 Inclinación de la órbita (en grados) 55º 65.8º Radio orbital (en Km.) Periodo (hh:mm) 11:58 11:16 Retransmisión del seguimiento Día sideral 8 días siderales Separación de los planos orbitales 60º 120º Señal portadora (Mhz) Código L1 : L2 : CDMA Código C/A en L1 Código P en L1 y L2 Frecuencia del código (MHz) Código C/A : Código P : Sistema de coordenadas WGS84 PZ90 Horizontal (mts) Vertical (mts) Tabla 10.4: Comparación GPS-GLONASS L1 : n L2 : n FDMA Código C/A en L1 Código P en L1 y L2 Código C/A : Código P :

141 Se declara la Capacidad Inicial Operativa en 1993 (IOC), y se declara la Plena Capacidad Operativa en 1995 (FOC) con 24 satélites operativos en órbita. Estos satélites no han tenido ningún problema y han superado su vida útil planeada de 5 años, llegando incluso a los 11 años. Ellos continúan lanzándose periódicamente, y cada vez con nuevas características que robustecen al sistema GPS. Sin embargo, GLONASS ha tenido problemas importantes con la prematura pérdida de servicio de sus satélites, lográndose recuperar financieramente y colocando a la actualidad 27 satélites USO DEL GPS Y EL GLONASS CONJUNTAMENTE Los receptores duales GPS-GLONASS ofrecen mejor prestación que los receptores individuales de cada sistema. Con los dos sistemas integrados se tiene una mayor rapidez de recepción de señales debido al mayor número de satélites en un tiempo dado y en cualquier parte. Asimismo, se tiene una mayor cobertura en ambientes de muchas obstrucciones. El GLONASS con tres planos orbitales, el GPS con seis, y la diferente inclinación de sus planos orbitales, ofrecen una disponibilidad complementaria en función de latitud. Con el GLONASS se favorecen las latitudes extremas debido al alto grado de inclinación de sus planos orbitales, mientras que con el GPS se favorecen las latitudes medias. Figura 10.3: Visibilidad Satélites GPS/GLONASS Lo cual haciendo la comparativa de solamente la constelación GPS, se aprecia la gran diferencia de recepción de satélites. Figura 10.4: Visibilidad Satélites GPS Un receptor con capacidad de operar con los dos sistemas ofrecerá lo mejor de ambos. En adición al aumento del número de satélites disponibles, y a la mejora de la geometría. En tanto que existe un notable incremento en la calidad de la incertidumbre de la posición de los satélites (PDOP), garantizando una geometría mas equilibrada durante el periodo de observación. La figura 10.5 muestra la gran diferencia que existe en el valor de PDOP entre GNSS y GPS, cabe mencionar que GPS solamente tiene en la actualidad 32 satélites visibles, mientras que GNSS son 63 satélites visibles

142 Figura 10.5: PDOP GPS (32 satélites) La figura 10.6 se muestra la mejora en el porcentaje de PDOP al comparar el GPS con GPS-GLONASS. Además, los valores de PDOP en latitudes altas, es decir por encima de 55º, la mejora es de un nivel del 30 %. En tanto que en latitudes medias, las mejoras son por encima del 15 %, lo que demuestra las importantes mejoras en tiempo real de los usuarios del GNSS, que se puede esperar en comparación con el GPS en tiempo real. Figura 10.6: Mejoramiento de PDOP

143 PRACTICAS DE CAMPO CAPITULO INTRODUCCIÓN En esta sección se abordará exclusivamente la parte práctica, en donde se podrán sacar conclusiones de las ventajas o desventajas que proporciona esta nueva versión de equipos satelitales, para el sistema GNSS. En ella se podrá ver como se trabajó, que técnicas se utilizaron, como se trataron los resultados, y como fueron comparados para llegar a un ideal acorde a nuestras necesidades, como profesional de la Agrimensura. El presente trabajo de campo se realizo en el año 2011, por un lapso de 3 meses, lo que llevó a realizar innumerables tomas de datos, a saber: Se hizo un relevamiento planimétrico del sistema de apoyo que pertenece a la Universidad Nacional de Córdoba. En forma paralela con un equipo GPS, se midieron puntos en la modalidad planialtimétrica concernientes a una red de nivelación de la Localidad de Agua de Oro, en la provincia de Córdoba EQUIPAMIENTO UTILIZADO En todo tiempo para realizar las prácticas de comparación entre el Sistema de Posicionamiento Global (GPS) y el Sistema de Navegación Global por Satélite (GNSS), se utilizó un Equipo Sokkia GRX1, doble constelación, simple frecuencia, mas su controladora SHC25 de Sokkia. Figura 11.1: Equipos de trabajo ESPECIFICACIONES DEL GRX1 GPS + GLONASS + L1 + L2 + L2C + RTK + GSM + NTRIP. RTK UHF DIGITAL + RTK GSM/GPRS + NTRIP ACTIVADO + GLONASS ACTIVADO SIN LÍMITE GEOGRÁFICO DE FUNCIONAMIENTO Sumamente confiables y fáciles de operar. Receptor escalable por módulos desde GPS L1 a GNSS L1/L2 RTK UHF y GSM. Receptor GNSS (GPS + GLONASS) de alto rendimiento, compacto y totalmente integrado

144 72 canales. Y 28 canales para L1 Soporta las señales GPS L2C. Precisión en estático PP ± ( ppm) mm. Precisión en cinemático PP ± ( ppm) mm. Precisión en cinemático RTK ± ( ppm) mm. Resistentes a golpes y caídas. Protección IP67, totalmente protegido contra agua y polvo. Rango de temperatura de -40 C a 65 C. Memoria en tarjetas SD y SDHC de alta capacidad. Vectores RTK de más de 40 Km. (GSM/GPRS). Conexión serial y a USB mediante adaptador. Conexión inalámbrica Bluetooth. Módem digital UHF para RTK de alto rendimiento hasta 8 Km. (sin obstrucciones base - móvil). Módem digital GSM/GPRS para RTK de alto rendimiento por Internet a más de 40 Km. (sin importar obstrucciones base - móvil). Correcciones NTRIP. Baterías recargables de Litio-ión sin efecto memoria y gran capacidad de carga. Autonomía de más de 7.5 horas con batería interna. Peso 1.1 Kg. Ideales para levantamientos, densificación de redes y replanteo RTK. Mensajes verbales indicadores que facilitan la tarea. Varios modelos de controladoras súper resistentes con software exclusivo Spectrum Survey Field con múltiples funciones para el trabajo de campo. Potente software Spectrum Survey Office para el procesamiento y ajuste de vectores SOFTWARE UTILIZADOS Para el procesamiento de datos se utilizo el software oficial de la marca SOKKIA, el SPECTRUM SURVEY OFFICE y TOPCON TOOLS pertenecientes a la misma Empresa. Figura 11.2: Software de trabajo 75 mertind.com/argentina

145 También se utilizaron diversos software para contrastar resultados, como son el GNSS SOLUTIONS de la firma Ashtech y el SKI PRO de Leica. Cabe aclarar que solamente en el trabajo de medición del sistema de apoyo de Ciudad Universitaria el modo de operar, tanto en Estático, Stop and Go y Dinámico, fue en modo Absoluto o Autónomo, ya que luego se haría la vinculación a la Estación Permanente UCOR perteneciente a la Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales, que en la tabla 11.1 se muestran los datos y características, en tanto que las demás experiencias se trabajo en modo Relativo: ESTACIÓN PERMANENTE UCOR Localización: Cordoba Argentina Latitud: 31º26 05,85595 S Longitud: 64º11 36,62015 O Alt. Heli.: 462,779 m Coordenadas en Sistema POSGAR 07 (Época ) Receptor SOKKIA GSR2700 RSX GNSS Antena: Novatel SK702-GG (GNSS) Pinwheel Altura Antena (al ARP): m Altura ARP Centro de Fase L1/L2: m Angulo de mascara GNSS: 5º Angulo de mascara RTK: 10º Sesiones: 1s, 5s y 15s (2hs) / 15s (24 hs) Formato de archivos: RINEX.zip Corrección NTRIP activa: Host: Puerto 2101 Tabla 11.1: Datos Estación Permanente UCOR SISTEMA DE APOYO UNIVERDIDAD NACIONAL DE CORDOBA 05 de Octubre de 2011 El trabajo de la re-medición del sistema de apoyo nombrado, se empezó a trabajar el día cuando por primera vez se desembalaba el equipo involucrado en este trabajo, ya que se había adquirido hacia muy poco tiempo, simplemente se midió en Estático Rápido de 4 puntos solamente, de los cuales ya se tenia conocimientos de sus valores, porque como se nombro, los valores de todos los puntos se obtuvieron de años anteriores. Tipo de Levantamiento Estático Rápido Periodo de medición 10 minutos Intervalo de medición Cada 1 segundo Números de Épocas 600 Altura instrumental 1.56 metros Semana/día GPS 1656/278 Tabla 11.2: Configuración de Estático Rápido Las sesiones fueron de 10 minutos solamente, con la sola intención de saber como era su funcionamiento e ir aprendiendo paulatinamente su modalidad de trabajo, funciones, tanto del equipo en si como de su controladora que ofrece diversas funciones para su control y estado del equipo. En particular se hizo el levantamiento de datos de los puntos C, B, L (punto pato) y un punto fijo aleatorio (pf3), los resultados fueron en particular buenos ya que por ser la primera vez que se utilizaba el equipo era una satisfacción personal poder haber medido ya esos puntos

146 Los resultados fueron que dos puntos dieron fijos (color verde) y dos flotantes (color rojo), en referencia a estos últimos fue mas bien lógico ese resultado, ya que se hizo intencionalmente colocar el equipo en una situación desfavorable en relación a la obstrucción que ofrecían esos puntos, o comúnmente llamado no había un buen cielo, debido a que el punto pato está prácticamente tapado de vegetación, y el punto fijo (pf3) está ubicado en la cercanía de edificios. A continuación se muestra los resultados obtenidos en el software de postproceso en forma de vectores. Figura 11.3: Vectores del día La tabla 11.4 muestra los resultados obtenidos. GNSS PUNTOS VECTORES Name Latitude Longitude Ell.Height (m) Std Dev n (m) Std Dev e (m) Std Dev u (m) Std Dev Hz (m) UCOR 31 26'05,85595S 64 11'36,62015W 462,779 0,000 0,000 0,000 0,000 b 31 26' S 64 11' W ,002 0,002 0,005 0,003 c ' S 64 11' W ,003 0,003 0,007 0,004 l 31 26'03,28642S 64 11'19,16269W 462,494 0,060 0,188 0,083 0,197 pf '00,81553S 64 11'18,55773W 459,156 0,035 0,129 0,051 0,134 Point From Point To Horizontal Precisión (m) Vertical Precisión (m) dn (m) de (m) dht (m) Solution Type UCOR b 0,003 0,005 75, ,95-15,129 Fixed,L1 UCOR c1 0,004 0, ,48-181,85-10,609 Fixed,L1 UCOR l 0,197 0,083 84, ,20-0,285 Float,L1 UCOR pf3 0,134 0, , ,36-3,623 Float,L1 Tabla 11.4: Valores de medición día (GNSS) El análisis continuo haciendo la comparativa con el sistema GPS, esto se hizo de la siguiente manera, el software de post-proceso nos brinda la posibilidad de poder procesar los datos con GPS solamente, anulado los satélites GLONASS, de esta manera podemos obtener los valores de la medición como si hubiésemos trabajado con un GPS común y corriente de esos que nos ofrece el mercado actual

147 UCOR Figura 11.4: Ciudad Universitaria de la Ciudad de Córdoba

148 Lo que no se puede hacer es procesar los datos solamente de GLONASS, esto es, porque el software trabaja haciendo una transformación de los valores del sistema de referencia de GLONASS, que es el PZ 90, al WGS 84 que pertenece a GPS, entonces ahí comienza el trabajo de procesamiento de datos, lo cual nos imposibilita procesar directamente los datos GLONASS solamente debido a que no tenemos los parámetros de PZ 90 en nuestra región. La tabla 11.5 muestra los valores obtenidos procesando los datos con GPS solamente. GPS PUNTOS VECTORES Name WGS84 Latitude WGS84 WGS84 Longitude Ell.Height (m) UCOR b c1 l pf '05,85595S 31 26' S 31 26' S 31 26'03,28642S 31 26'00,81553S 64 11'36,62015W 64 11' W 64 11' W 64 11'19,16269W 64 11'18,55773W Point From Point To UCOR UCOR UCOR UCOR b c1 l pf3 Std Dev n (m) Std Dev e (m) Std Dev u (m) Std Dev Hz (m) 462, , ,156 0,000 0,002 0,003 0,060 0,035 0,000 0,002 0,003 0,188 0,129 0,000 0,005 0,007 0,083 0,051 0,000 0,003 0,004 0,197 0,134 Horizontal Precisión (m) Vertical Precisión (m) dn (m) de (m) dht (m) Solution Type 0,003 0,004 0,197 0,134 0,005 0,007 0,083 0,051 75, ,480 84, , ,95-181,85 460,20 475,36-15,129-10,609-0,285-3,623 Fixed,L1 Fixed,L1 Float,L1 Float,L1 Tabla 11.4: Valores de medición día (GPS) Figura 11.5: Punto L (Punto Pato) Figura 11.6: Punto pf

149 Al analizar ambas tablas se llega a la conclusión que el utilizar GNSS y GPS con éste equipo se obtiene el mismo resultado, lo cual, genera el interrogante de que Por qué no mejoro en nada al utilizar otra constelación mas?, sabiendo que los satélites GLONASS nos ofrecen mejor geometría satelital, quizás se podría responder diciendo que por tanta dificultad que existe en esos puntos, no hay manera de que sean medidos, o quizás la configuración de los satélites para esa hora no era la apropiada, o simplemente que al ser la primera vez quizás cometí un error grosero. Las imágenes 11.5 y 11.6 que se muestran a continuación, muestran de las dificultades de las que se habla, siendo la primer imagen para el punto L (punto pato) y la segunda para el punto fijo 3 (pf3). 12 de Octubre de 2011 Segunda campaña, también se practicó lo mismo que se venia haciendo, solamente que se utilizaron otros puntos pertenecientes al sistema de apoyo, antes mencionado. En esta ocasión se intento trabajar en la modalidad Stop and Go, lo cual generó muchas dudas a la hora de configurar el equipo ya que nadie sabía el como operarlos, debido a que nadie antes los había utilizado. Lógicamente no dio los resultados esperados, quedando todos los puntos flotantes, a continuación se demuestra los vectores procesados. Esto impidió que se generara ningún informe de resultados ya que no servia para el fin que se estaba buscando. 19 de Octubre de 2011 Figura 11.7: Vectores del día Para el tercer intento, fue mas frustrante que el anterior ya que se logró sacar lo equipos después de un cumplir un largo protocolo que requiere el retirarlos de la facultad estos equipos, pero en este caso lo que fallo fue el tiempo, ya que ese día en la ciudad de Córdoba había mal tiempo, estas lluvias impidieron que se practicara lo mismo que se venia haciendo hasta el momento. 22 de Octubre de 2011 Este día fue nuevamente intento fallido por mal estado del tiempo, pero con la convicción que ya la modalidad Stop and Go se había aprendido a usarla, por lo cual no fue en vano la presencia de ese día

150 25 de Octubre de 2011 Después de tantos intentos frustrados este fue la excepción, se pudo realizar los levantamientos de once puntos en la modalidad Estático Rápido, configurados de la siguiente manera Tipo de Levantamiento Periodo de medición Intervalo de medición Números de Épocas Altura instrumental Semana/día GPS Estático Rápido 15 minutos Cada 1 segundo metros 1659/298 Tabla 11.5: Configuración de Estático Rápido Los resultados fueron bastante satisfactorios, de los 11 puntos, 4 quedaron flotantes y las causas de este fallo fue por dos motivos, dos de los puntos (41 y 110) fue debido a las condiciones desfavorables (Figura 11.8 y 11.9) que presentaban los puntos, prácticamente bajo árboles estaban, y contando la época del año, los mismos presentaban gran cantidad de hojas dejando prácticamente nulo la visión a los satélites, es decir, un cielo muy malo. Los otros dos puntos (2 y 3) la única razón fue que la Estación Permanente justo a la hora en la cual se practico el levantamiento, tuvo un desperfecto dejando de funcionar, (Figura 11.10) que generó el no vinculamiento para realizar el post-proceso. Figura 11.8: Punto

151 Figura 11.9: Punto 110 Figura 11.10: Corte de UCOR que influyó el post-proceso de puntos 2 y 3 Resultados de la medición: