Qué es GPS?
Como funciona el sistema GPS?
Métodos de Posicionamiento y
Aplicaciones
Sistemas de Referencia y Coordenadas
Sistema de Posicionamiento Global

Posición precisa en
3D
Opera en cualquier
clima
Ilimitado número de
usuarios
No necesita línea
de visado
Posicionamiento
dinámico
Gratis
Disponible las
24 horas
Cobertura Mundial

Qué es GPS?
COMPONENTES DEL SISTEMA:
• Segmento de Control
• Segmento Espacial
• Segmento Usuarios

Segmento de Control
Segmento Espacial
Segmento Usuarios
Qué es GPS?

Qué es GPS?
SEGMENTO DE CONTROL
 5 Estaciones alrededor del mundo
controladas por el Departamento de
Defensa de los Estados Unidos
 Todas desarrollan funciones de Monitoreo
 Reciben señales de los Satélites
 Registran Datos Meteorológicos
 Transmiten Datos a Estación Maestra de
Control

Qué es GPS?
SEGMENTO DE CONTROL
• Estación Maestra de Control
• Transmite a los satélites:
• Parámetros de predicción de Orbitas
• Correcciones en los relojes de los
satélites (atómicos)
• Modelos de la Ionósfera
• Comandos a los satélites

Qué es GPS?
SEGMENTO ESPACIAL
• Constelación de 28 Satélites NavStar:
• 6 planos orbitales inclinados a 57° (refer. Ecuador)
• de 4 a 5 Satélites por cada plano
• Orbitas muy elevadas:
• 20,200 km apróx. desde la superficie terrestre
• Período orbital de 12hs

Qué es GPS?
SEGMENTO ESPACIAL

Global Positioning System
Su posición es:
37o
23.323’ N
122o
02.162’ W

Qué es GPS?
Frecuencias:
• L1 (1575.42 Mhz)
• L2 (1227.6 Mhz)
Códigos:
• C/A (código GPS standard)
• P1 (código protegido o preciso)
• P2 (código protegido o preciso)
Mensaje:
• Efemérides
• Almanaque
• Corrección de reloj
• Identificación y condición del PRN

Qué es GPS?
Frecuencias:
• L1 (1575.42 Mhz)
• L2 (1227.6 Mhz)
Códigos:
• C/A (código GPS standard)
• P1 (código protegido o preciso)
• P2 (código protegido o preciso)
Mensaje:
• Efemérides
• Almanaque
• Corrección de reloj
• Identificación y condición del PRN

Qué es GPS?
SEGMENTO USUARIOS
Receptores GPS Civiles
Militares localizados en
tierra, mar ó aire.
La utilización en
aplicaciones civiles
es cada día más extensa
y con mayores precisiones.

PREGUNTAS
?

Como funciona GPS?
6
4
3
El sistema se basa en la
medición de distancias a
cada uno de los Satélites
1
2
Una vez medida las
distancias, es necesario
saber la posición de los
Satélites (Efemérides)
5
Métodos de
Posicionamiento
Las mediciones
poseen Errores
Para medir las distancias
se emplean los códigos
(C/A, P) y las fases (L1, L2)
Estos datos son utilizados para
calcular Coordenadas por medio
de la TRILATERACION

Distancias 1
D = Distancia Satélite-Receptor

Métodos para cálcular “D”
Existen dos formas de calcular la
distancia a un Sv:
 Proceso del código C/A
 Proceso de la fase de L1
2

Proceso de código C/A 2
D = c . dt
c = Velocidad de la Luz
dt = Tiempo recorrido
por la señal (Sv- Receptor)

Proceso de código C/A
se mide el desfasaje de
ambas señales
determinándose el dt
código Recep.
código Sv´s
dt
Cómo sabemos cuando la señal deja el Satélite?
Los satélites y los receptores trabajan con un mismo
código (C/A)
Generan el mismo pulso al mismo tiempo
El receptor compara la diferencia de tiempo que existe
entre la señal generada por él mismo con la recibida del
Satélite determinando un dt (desfasaje).
2

Proceso de fase L1
el receptor interpreta directamente el delta
de señal recibida f.
El proceso consiste en determinar el conteo
del número entero “N” de ciclos de la señal.
Las longitudes de onda son datos conocidos:
l.
D = ( f + N ) . l
2
f

 Las efemérides nos permiten conocer las
coordenadas de los Satélites y su variación en
función del tiempo (Información de Navegación).
X1, Y1, Z1
X2, Y2, Z2
X3, Y3, Z3
X4, Y4, Z4
Son datos fundamentales
para la Trilateración de la
posición del receptor
3
Conociendo dónde están los
satélites (Efemérides)

Trilateración
Una medida nos da la posición sobre
la superficie de una esfera
Todos los puntos
de esta esfera
cumplen con la
condición de estar
a una distancia de
19.900km del
satélite
19.900km
4

Trilateración
Una segunda medida nos localiza
en la intersección de dos esferas.
20.300Km
19.900Km
La
intersección
de dos esferas
es una
circunferencia
4

Trilateración
Una tercera medida nos acerca a
dos respuestas posibles
20.300Km
19.900Km
La
intersección
de tres esferas
genera dos
puntos
20.500Km
4

Trilateración
En teoría tres Satélites serían
suficientes ya que:
Uno de estos puntos es una respuesta ridícula
 Por no ubicarse sobre la Superficie Terrestre.
 O se desplaza a gran velocidad.
En la Práctica:
 “Una medida adicional a un cuarto
satélite es necesaria”
 Para cancelar los errores en los relojes de los receptores.
 Obtener 3D (Altura Elipsoidal).
4

Se necesitan relojes muy
precisos
Es necesario utilizar relojes precisos
para medir el tiempo de viaje de la
señal
 Los Satélites tienen 4 relojes
atómicos cada uno.
 Los receptores poseen 1 reloj de
cuarzo (menos precisos)
 Adicionando un cuarto Satélite se
eliminan los errores en los relojes de
los receptores.
4

Relojes precisos
Situación ideal: (en 2D para
simplificar el dibujo)
4
Aquí es donde estamos
realmente
2 seg 4 seg

Relojes precisos
La tercera medición, si es
correcta,debería intersectar
en el mismo punto.
2 seg
4
4 seg
3 seg
Agregando una medida extra (3 para 2D)

Relojes precisos
Con error en los relojes (situación real)
4
Posición desfasada a causa que el reloj
está atrasado
1seg
3 seg. Medida
incorrecta
5 seg. Medida
incorrecta

Relojes precisos
Tercera medida con relojes atrasados
4
4 seg
No se intersectan en un punto
5 seg. Medida
incorrecta
7 seg. Medida
incorrecta

PREGUNTAS
?

Precisión ?
La precisión depende de
varios factores:
Tipo de Receptores GPS
Condiciones de cielo abierto
Errores del sistema GPS
Posición relativa de los satélites
(DOP)
Método de Medición
5

Fuentes de error en GPS
• Retardos por atmósfera
• Obstrucciones
• Multicamino (multipath)
• Errores del usuario

Retardos por Atmósfera
La ionosfera tiene muy baja densidad,
pero es ionizada por la energía solar y
rayos cósmicos.
La estratosfera es un poco mas
densa. Muy poca o ninguna ionización
La troposfera es muy densa.
Contiene 90% de las moléculas de la
atmósfera. Allí es donde ocurren los
fenómenos climáticos.
Ionosfera: 60 - 1000 km
Estratosfera: 10 - 60 km
Troposfera: 0 - 10 km

Retardos por atmósfera
tropo
iono

Retardos por atmósfera
• La Señal GPS son
retrasadas en su paso
por la atmósfera
< 10 km
> 10 km Base
Móvil

Obstrucciones

Máscara de Elevación
13° grados sobre
el Horizonte
Atmósfera

Multicamino (Multipath)

Error del Usuario
• Sentido común
• Proyecciones y manejo de
coordenadas

Fuentes de error
Metros
Disponibilidad Selectiva
(SA)
Atmósfera
Receptores
Efemérides
Relojes
0 20 40 60 80 100
5

Dilución de la Precisión
(DOP)
La dilución de la precisión es un factor
“magnificador de errores”
Como todo método de medición, GPS
posee errores que producen una
“incertidumbre” en el resultado
Incertidumbre
5
Error de distancia
Error de distancia

Dilución de la Precisión
(DOP)
5
Esta incertidumbre empeora en función
de la geometría de los Sv´s

Dilución de la Precisión
(DOP)
Indica la calidad de la medida
Puede ser expresado en
difererentes dimensiones
 Existen 3 factores DOP
 HDOP (horizontal)
 VDOP (vertical)
 PDOP (3D - función de los anteriores)
PDOP2
=HDOP2
+VDOP2
5

Métodos de
Posicionamiento
El Dpto. de Defensa de USA
(DoD) puede degradar la señal
GPS
Cuando ellos lo hacen, ésta es la
mayor fuente de error del
sistema
Las Correcciones Diferenciales
eliminan estos errores
 Post-proceso
 RTCM-Tiempo real
6

Métodos de medición
Autónomo o Absoluto
 Solo es utilizado un receptor GPS para determinar
coordenadas de un punto y/o navegar
Diferencial o Relativo
 Usado para cancelar los errores del sistema y la
“Disponibilidad Selectiva” (SA) cuando se encuentra activada
 2 o más receptores midiendo simultáneamente son utilizados
para corregir estos errores propios del sistema
 Puede realizarse Post-Proceso y/o Tiempo Real
6

Posicionamiento
Diferencial (Relativo)
 2 o más receptores GPS
 Seguimiento de los mismos Sv´s
 Medición “simultánea”
 Medición “sincronizada”
 Punto de coordenadas conocidas (Pos.
de Referencia)
 Distancia menor a 500 Km
Si se cumplen estas condiciones:
6

Corrección Diferencial
Base
Satélites Observados
1 2 3 4 5 6
x
x
x
x x x
x
x 11:00.00
11:00.05
11:00.10
Móvil
Satélites Usados
1 2 3 4
x
x
x
x x
x
x
x 11:00.00
11:00.05
11:00.10
11:00.15
11:00.15
Postp
eBase  eMóvil f(t)
6

Preguntas
?

Corrección Diferencial -
Postproceso
Datos se procesan
en la oficina
.
Estación de
referencia en
posición conocida
Usted en una posición
desconocida

Corrección diferencial –
Tiempo Real
.
Estación de
referencia en
posición conocida
Usted en una posición
desconocida
Se transmiten correcciones por Enlace Radial

Posicionamiento estándar -
Autonómo
~12m

DGPS- Receptores para
mapeo (Código)
<0.5m ó 1-3 m
Base Station

DGPS- Receptores para
mapeo (Fase)
Desde <10cm
Base Station Hasta <1 o 2m
Depende del Bloque de Datos

Cinemático Tiempo Real
<1cm
RTK Base Station

Topografía / Geodesia
<1/2 cm
Base Station

Qué presición necesita?
2m
0.5m
12m
1/2cm
1cm

Corrección Diferencial
Ajuste de datos diferenciales
Post- Proceso Tiempo Real
Código:
<3m
<1m
Fase:
<50cm
<10cm
<1cm
<5mm
Código:
(RTCM)
(DGPS)
<1m
Fase:
(RTK)
<1cm
Las precisiones dependen del instrumental y los métodos utilizados

PREGUNTAS
?

Sistemas de Referencia y
Coordenadas
Es muy importante diferenciar tres
elementos
Superficie Topográfica
Geoide
Elipsoide

T
Geodesia
• Parte de la geología que determina
de forma matemática la figura y
magnitud de la Tierra o de gran
parte de ella, y se ocupa de
construir los mapas
correspondientes.

Sistemas de Referencia y
Coordenadas
Superficie Topográfica
Geoide
Elipsoide

Sistemas de Referencia y
Coordenadas
Superficie Topográfica
Geoide
Elipsoide

Sistemas de Referencia y
Coordenadas
Superficie Topográfica
Geoide
Elipsoide

Geoide, Separación del Elipsoide
y Modelos Geoidales
El geoide es una superficie no uniforme
 El modelo Geoidal brinda valores N en un área
determinada
 En pendientes planas la separación geoidal N
es similar
Terreno
Geoide
Elipsiode
h : Altura GPS
H : Altura
Ortométrica
N : Separación
Geoide-Elipsoide
P
h
H
N
N = h - H

Transformación de Datum
Los elipsoides se utilizan para producir el
mejor acomodamiento en áreas específicas
sobre la tierra
 El Datum es un elipsoide de referencia fijo. (Campo
Inchauspe 69)
 Las transformaciones de Datum describen la
localización relativa entre ellos.
Elipsiode WGS-84
Elipsiode Internacional
(Datum Campo Inchauspe)

Proyecciones
Conversión de una superficie curva a
un plano
 Existen diferentes métodos que usan diferentes
artificios (Plano, Cilindro, Cono)
 Proyecciones longitudinales, transversas, oblicuas

Proyección Gaüss Kruger
Proyección Cilíndrica Transversa (UTM)
Proyección Conforme
Tangente a Meridianos (MCF)
Origen en el Polo Sur (90° S)
7 cilindros de Proyección (Fajas)
Ancho de Faja de 3°
Coordenadas X, Y planas

Proyección Gauss Kruger
3° ancho de Faja
X
Y
X= metros desde el Polo Sur
Y=N° Faja + metros desde MCF
P
MCF
MCF=Meridiano Central de Faja

Transformación y
Proyección
Elipsoide
GPS
WGS-84: Latitud,
Longitud, y
Altura Elipsoidal
Transformación
de Datum
Elipsoide
Local
Lat. Local ,
Longitude, y
Altura Elipsoidal
Proyeccón
Coord.
Locales
Norte, Este y
altura
Elipsoidal
Transformación
Plana
Ajuste de Alturas
Coord.
Locales
Norte, Este
Altura
Altura
Ortométrica
El cálculo se puede hacer en cualquier
sentido

Preguntas
?