1. Sistema de posicionamiento
global. (GPS)
ALUMNO: Gabriela A. Colina

2. CONCEPTO DE GPS
• El sistema de posicionamiento global se trata de
un sistema mundial de navegación desarrollado
por el departamento de defensa de los Estados
Unidos. Actualmente consta de 24 satélites
artificiales ( 21 regulares mas 3 de respaldo)
y utiliza la triangulación para determinar en
todo el globo la posición con una precisión de mas
o menos metros. Sus respectivas estaciones en la
tierra, cualquiera de ellos puede ser operado de día
o de noche, incluso con lluvia, no requiere líneas
de visual libre entre estaciones.
• Los satélites artificiales son utilizados por el
GPS, como punto de referencia para el calculo de
posiciones de puntos sobre la superficie de la
tierra con precisiones cada día mejores.
• el propósito original del sistema satelital fue
permitir a barcos, aviones y otros grupos
militares a determinar rápidamente sus
posiciones geodésicas, aunque el sistema se
desarrollo con fines militares, es de gran
utilidad para otros grupos, como el
“NATIONAL GEODETIC SURVEY”, los
profesionales de topografía y el publico en
general .El sistema GPS puede emplearse para
realizar cualquier tipo de levantamiento que
puede hacerse con técnicas topográficas
convencionales, con excepción de los
levantamientos en los que es difícil o
imposible recibir señales de los satélites como
en las minas, en la cercanía de edificios altos
o en los bosques profundos.

3. HISTORIA
PRIMERA GENERACION DE SISTEMA DE SISTEMA DE
LEVANTAMIENTO POR SATELITE.
En 1957, la Unión Soviética lanzó al espacio el satélite
SPUTNIK I, que era monitorizado mediante la observación del
efecto DOPPLER de la señal que transmitía. Debido a este hecho se
comenzó a pensar que, de igual modo, la posición de un
observador podría ser establecida mediante el estudio de la
frecuencia DOPPLER de una señal transmitida por un satélite
cuya órbita estuviera determinada con precisión.
La armada estadounidense rápidamente aplicó esta tecnología,
para proveer a los sistemas de navegación de sus flotas de
observaciones de posiciones actualizadas y precisas. Así surgió el
sistema TRANSIT, que quedó operativo en 1964, y hacia 1967
estuvo disponible, además, para uso comercial. En este sistema los
receptores colocados en estaciones terrestres miden cambios en las
frecuencias de señales de radio transmitidas desde satélites
operando en orbitas polares a altitudes de aproximadamente 1075
km.

4. Posteriormente, en esa misma década y gracias al
desarrollo de los relojes atómicos, se diseñó una
constelación de satélites, portando cada uno de ellos uno
de estos relojes y estando todos sincronizados con base
en una referencia de tiempo determinado.
En 1973 se combinaron los programas de la Armada y
el de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (este último
consistente en una técnica de transmisión codificada
que proveía datos precisos usando una señal modulada
con un código de PRN (Pseudo-Random Noise: ruido
Pseudo-aleatorio), en lo que se conoció como Navigation
Technology Program (programa de tecnología de
navegación), posteriormente renombrado como
NAVSTAR GPS.
Entre 1978 y 1985 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 y con
«capacidad operacional total» en abril de 1995.

5. SEÑALES TRANSMITIDAS POR EL GPS
• El GPS, igual que el programa DOPPLER, se basa en observaciones de señales transmitidas desde
satélites. Estas señales se recogen en estaciones terrestres por receptores. Se miden los tiempos
transcurridos durante el viaje de las señales del transmisor al receptor, de esta forma se pueden
calcular las disposiciones de las estaciones receptoras.
• El GPS es un sistema empleado sobre todo por las fuerzas armadas y solo ocasionalmente es usado
para fines civiles. Por tanto, es un sistema unidimensional, es decir, que las señales se transmiten
solo por los satélites y no por los receptores.
• Los satélites del GPS circulan en orbitas casi circulares a altitudes de aproximadamente 20.000 km
sobre la tierra. Este sistema consta de 18 satélites disponibles para observaciones. Este constara de 6
diferentes orbitas con 3 satélites en cada uno. Las orbitas estarán inclinadas 55º respecto al plano del
ecuador y separadas 60º entre si.
• Cuando los satelites GPS están en orbita cada uno transmite señales únicas en forma continua en
dos frecuencias portadoras. Las ondas portadoras se identifican como la señal L1 con una frecuencia
de 1575,42 MHz y la señal L2 con una frecuencia de 1227,60 MHz

6. • La señal L1 es modulada con el llamado “código de presicion o cogido (P)” y también
con el “código de adquisición burda o cogido (C/A)”. La señal L2 se modula solo con el
código (P). Cada satélite radiodifunde sus propios códigos únicos, de manera que los
receptores son capaces de identificar el origen de las señales recibidas.
• El código C/A tiene una frecuencia de 1.023 MHz y una longitud de onda
aproximadamente 300 m. El código P, con una frecuencia de 10,23 MHz y una
longitud de onda aproximadamente de 30 m, el 10 veces mas preciso es operaciones de
posicionamiento que el del codigo C/A.
nombre del código Frecuencia (MHz) Factor de p
C/A 1.023 Dividida entre 10
P 10.23 ____
L1 1.575,42 Multiplicado por 154
L2 1.227,60 Multiplicado por 120

7. FUNDAMENTOS DEL GPS.
• Los fundamentos involucrados en las mediciones con GPS son:
• 1. TRILATERACION SATELITAL: los satélites del sistema de posicionamiento
global se encuentran girando alrededor de la tierra en orbitas predefinidas a una
altura aproximadamente de 20.200 km, siendo posible conocer con exactitud la
ubicación de un satélite en un instante de tiempo dado, convirtiéndose por lo tanto
los satélites en puntos de referencia en el espacio.

8. • Supongamos que un receptor en la tierra capta la señal de
un primer satélite determinando la distancia de ambos.
Esto solamente nos indica que el receptor puede estar
ubicado en un punto cualquiera dentro de la superficie de
una esfera da radio R1.
• Si medimos la distancia de un segundo satélite al mismo
receptor se generara una superficie esférica de radio R2,
que al intersecarse con la primera esfera se formara un
radio cuyo perímetro pudiera estar ubicado el punto a
medir.

9. • Si agregamos una tercera medición, la intersección de la nueva esfera con las dos anteriores se reduce a
dos puntos sobre el perímetro del circulo descrito.
• Uno de estos dos puntos puede ser descartado por ser una respuesta incorrecta, bien sea por estar fuera de
espacio o por moverse a una velocidad elevada.

10. • Matemáticamente es necesario determinar una cuarta medición a un
diferente satélite a fin de poder calcular las coordenadas x, y, z y tiempo.

11. • 2. MEDICION DE DISTANCIA DESDE LOS SATELITES: la distancia de
un satélite a un receptor se calcula midiendo el tiempo de viaje de la señal
de radio desde el satélite al receptor. Conociendo la velocidad de la señal de
radio, la distancia se determina por medio de la ecuación de movimiento
con velocidad uniforme:
D= v.t
Donde:
D= distancia en km desde el satélite al punto considerado.
V= velocidad de la señal de radio, aproximadamente la velocidad de la luz
(300.000km/sg).
T= tiempo de viaje de la señal en segundos.

12. • Para poder medir el tiempo de viaje de la señal, es necesario conocer el
instante en que la señal parte del satélite. Esto se logra generando códigos
pseudoaleatorios tanto en el satélite como en el receptor y sincronizando
ambas señales de manera que sean generadas al mismo tiempo, luego,
comparando las dos señales se mide el desfase en tiempo (Δt) en el que la
señal del satélite y la del receptor generan el mismo código. El Δt
representa el tiempo de viaje de la señal. Este proceso se esquematiza
gráficamente de la siguiente manera:

13. • 3. PRECISION EN LA MEDIDA DE TIEMPO: la medición del tiempo de
viaje es una actividad difícil de realizar. Debido a la gran velocidad de las
señales de radio y a las distancias, relativamente cortas, a la cual se
encuentran los satélites de la tierra, los tiempos de viaje son
extremadamente cortos. El tiempo promedio que una señal tarda en viajar
de un satélite orbitando a 20.200 km a la tierra es de 0.067 segundos. Este
hecho hace necesario la utilización de relojes muy precisos.
• Los satélites portan relojes atómicos con precisiones de un nanosegundo,
pero colocar este tipo de relojes en los receptores seria muy costoso, para
solucionar este problema los receptores corrigen los errores en la medición
del tiempo mediante una medición a un cuarto satélite.

14. • 4. POSICIONAMIENTO DEL SATELITE: como se ha dicho previamente, existen 24
satélites operacionales en el sistema NAVSTAR (Navigation Satellite Timing and
Ranging) orbitando la tierra cada 12 horas a una altura de 20.200 km. Existen seis
diferentes orbitas inclinadas aproximadamente 55º con respecto al Ecuador.
• Alrededor de cada uno de estos planos giran cuatro satélites que son monitoreados
constantemente por el departamento de defensa de los Estados Unidos. En la tierra existen
cinco estaciones de seguimiento y control maestro calcula, con los datos de las estaciones
de seguimiento, la posición de los satélites en las orbitas, los coeficientes para las
correcciones de los tiempos y transmiten esta información a los satélites.

15. ERRORES DEL GPS.
• Cuando en Topografía hablamos de la posición obtenida mediante técnicas GPS, se
intuye que ésta, es bastante precisa y libre de errores. Sin embargo, existen
diferentes fuentes de error que degradan la posición GPS desde algunos metros, en
teoría, hasta algunas decenas de metros.
• Estas fuentes de error son:
• 1.- Retrasos ionosféricos y atmosféricos
• 2.- Errores en el reloj del Satélite y del receptor
• 3.- Efecto multitrayectoria
• 4.- Dilución de la precisión
• 5.- Disponibilidad selectiva (S/A)
• 6.- Anti Spoofing

16. • 1. Retrasos ionosféricos y atmosféricos.
Al pasar la señal del satélite a través de la ionosfera, su velocidad
disminuye, produciéndose un efecto similar a la refracción. Estos
retrasos atmosféricos pueden introducir un error en el cálculo de la
distancia, ya que la velocidad de la señal se ve afectada. (La luz sólo
tiene una velocidad constante en el vacío).
Este retraso, no es constante de manera que existen diversos factores
que influyen:
• - A. Elevación del satélite. Las señales de satélites que se
encuentran en un ángulo de elevación bajo se verán más afectadas
que las señales de satélites que se encuentran en un ángulo de
elevación mayor, debido a que la distancia a recorrer es mayor.

17. • - B. La densidad de la ionosfera está afectada por el Sol. Durante la noche, la
influencia ionosférica es mínima. Durante el día, el efecto de la ionosfera se
incrementa y disminuye la velocidad de la señal.
• - C. El Vapor de agua. El vapor de agua contenido en la atmósfera también puede
afectar las señales GPS. Este efecto, el cual puede resultar en una degradación de la
posición, puede ser reducido utilizando modelos atmosféricos.
• 2. Errores en el reloj del satélite o del receptor.
A pesar de la alta precisión de los relojes (cerca de 3 nanosegundos), algunas veces
presentan una pequeña variación en la velocidad de marcha y producen pequeños
errores, afectando la exactitud de la posición. El Departamento de Defensa de los
Estados Unidos, observa permanentemente los relojes de los satélites mediante el
segmento de control y puede corregir cualquier deriva que pueda encontrar.

18. • 3. Efecto multitrayectoria.
• Este error puede darse cuando el receptor se sitúa cerca de una gran superficie reflectora,
tal como un lago o un edificio. Es debido a que la señal del satélite no viaja directamente a
la antena, sino que llega primero al objeto cercano y luego es reflejada a la antena,
provocando una medición falsa. Este tipo de errores pueden ser reducidos utilizando
antenas GPS especiales que incorporan un plano de tierra, que filtra las señales
procedentes con un ángulo de elevación bajo. Para obtener la más alta exactitud, la
solución preferida es la antena de bobina anular. Una antena de bobina anular tiene 4 o
cinco anillos concéntricos alrededor de la antena que atrapan cualquier señal indirecta. El
efecto multitrayectoria afecta únicamente a las mediciones topográficas de alta precisión.

19. • 4. Dilución de la precisión.
• La Dilución de la Precisión (DOP) es una medida de la fortaleza de la
geometría de los satélites y está relacionada con la distancia entre los
satélites y su posición en el cielo. El DOP puede incrementar el efecto del
error en la medición de distancia a los satélites. Cuando los satélites están
bien distribuidos, la posición se determina en un área menor y el margen
de error posible es mínimo. Cuando los satélites están muy cerca unos de
otros, el área de encuentro también aumenta, de manera que se incrementa
la incertidumbre de la posición.

20. • Se puede encontrar diferentes tipos de Dilución de la Precisión.
• - VDOP: Dilución Vertical de la Precisión. Degradación de la exactitud en la dirección
vertical.
• - HDOP: Dilución Horizontal de la Precisión. Degradación de la exactitud en la dirección
horizontal.
• - PDOP: Dilución de la Precisión en Posición. Degradación de la exactitud en posición 3D.
• - GDOP: Dilución de la Precisión Geométrica. Degradación de la exactitud en posición 3D y
en tiempo.
• El valor más importante es el GDOP, pues se trata de un combinación de resto. Cabe destacar
que es importante conservar una buena distribución de satélites, y eliminar aquellos cuya
elevación sea poca, pues influirán bastante a la hora de introducir fuentes de error.

21. • 5. Disponibilidad selectiva (S/A).
• La Disponibilidad Selectiva es un proceso aplicado por el Departamento de
Defensa de los Estados Unidos a la señal GPS. Su finalidad era denegar,
tanto a usuarios civiles como a las potencias hostiles, el acceso a toda la
precisión que brinda el GPS, sometiendo a los relojes del satélite a un
proceso conocido como "dithering" (dispersión), el cual altera el tiempo
ligeramente. Además, las efemérides (o la trayectoria que el satélite
seguirá), son transmitidas ligeramente alteradas respecto a las verdaderas.
El resultado final es una degradación en la precisión de la posición. Esta
medida solo afectaba a aquellos usuarios que trabajaban de manera
autónoma.

22. • 6. Anti Spoofing.
• El efecto Anti-Spoofing es similar al efecto S/A, pues su objetivo era no permitir
que los usuarios civiles y las fuerzas hostiles tengan acceso al código P de la
señal GPS, obligándolos a emplear el código C/A, al cual se aplica el efecto S/A.
El efecto Anti-spoofing encripta el código P en una señal conocida como código Y.
Sólo los usuarios con receptores GPS militares (EEUU y sus aliados) pueden
descifrar el código Y. El código P modula a la portadora con una frecuencia de
10.23 Hz., mientras que el código C/A lo hace a 1.023 Hz, resultando más
preciso, de manera que las distancias se puede calcular mejor, ya que se trasmite
10 veces más por el código P. Por todas estas razones, los usuarios de receptores
GPS militares generalmente obtendrán precisiones del orden de 5 metros,
mientras que los usuarios de equipos GPS civiles equivalentes únicamente
alcanzarán precisiones de 15 a 100 metros.

23. GPS DIFERENCIAL.
• Aprovechando la propiedad de que dos receptores situados lo suficientemente cerca,
recibirán los mismos errores sistemáticos, el error de posicionamiento se puede
reducir de la siguiente forma:
• Un receptor GPS se sitúa en una localización estática, cuya ubicación se conoce
con absoluta precisión. A este receptor se le llama estación base.
• En todo momento, la estación de referencia calcula su posición a partir de GPS,
por lo que se encuentra en condiciones de evaluar las posiciones necesarias.
• Las medidas de los demás receptores GPS se modifican con las correcciones
efectuadas por la estación de referencia.

24. CORRECCION DIFERENCIAL
• Las correcciones efectuadas por
el receptor GPS puede hacerse de
dos formas:
• Modo post-procesado, los
resultados son almacenados por
los receptores, y posteriormente
se corrigen en la computadora
mediante la aplicación de un
software especializado.
• En tiempo real, las correcciones
son enviadas en todo momento
a sus receptores, que las aplican
a todas sus mediciones.

25. COMPONENTES DEL GPS
• SE DIVIDE EN 3 SEGMENTOS.
a. SEGMENTO ESPACIAL.
b. SEGMENTO USUARIO.
c. SEGMENTO DE CONTROL.

26. • A. SEGMENTO ESPACIAL:
• Consta de 24 satélites.
• 2 señales de radio L1 con frecuencia 1.575,42 MHz y L2 con frecuencia 1.227,60
MHz.
• Consta de 6 planos, 4 satélites en cada plano.
• Transmisión de información por cinco estaciones.
• Estación 1: parámetros para corrección del tiempo y refracción ionósferica.
• Estación 2 y 3: información orbital precisa para el calculo de esfemérides.
• Estación 4 y 5: información orbital aproximada de todos los satélites del sistema en
operación, tiempo universal coordinado, información ionósferica e información espacial.

27. • B. EL SEGMENTO USUARIO: Diferentes fabricantes producen una gran variedad de
equipos y productos para los usuarios de GPS. Debido al permanente desarrollo
tecnológico, estos equipos son constantemente mejorados en calidad y precisión haciendo
cada vez mas común su aplicación en diferentes disciplinas.
• Este segmento lo integran los receptores GPS que registran la señal emitida por los
satélites para el cálculo de su posición tomando como base la velocidad de la luz y el
tiempo de viaje de la señal, así se obtienen las pseudodistancias entre cada satélite y el
receptor en un tiempo determinado, observando al menos cuatro satélites en tiempo
común; el receptor calcula las coordenadas X, Y, Z y el tiempo.
• Antena con preamplificador.
• Seccion de radio frecuencia o canal.
• Microprocesador para reducción, almacenamiento y procesamiento de datos.
• Oscilador de presión para la generación de códigos pseudoaleatorios utilizados en la
medición del tiempo de viaje de la señal.
• Fuente de energía eléctrica.
• Interfases del usuario (pantalla, teclado, comandos).
• Memoria de almacenamiento.

28. 2. SEGMENTO DE CONTROL: Es una serie de
estaciones de rastreo, distribuidas en la superficie
terrestre que continuamente monitorea a cada
satélite analizando las señales emitidas por estos y
a su vez, actualiza los datos de los elementos y
mensajes de navegación, así como las correcciones de
reloj de los satélites.
Las estaciones se ubican estratégicamente cercanas
al plano ecuatorial y en todas se cuenta con
receptores con relojes de muy alta precisión.
Este segmento de control consta de cinco estaciones
terrestres de monitoreo localizadas en Hawai, en la
isla Ascension (en medio del océano Atlantico, entre
Sudamerica y Africa), Kwajalein (en el océano
pacifico al noroeste de nueva guinea). Diego Garcia
(en el océano indigo) y en Colorado Springs,
Colorado (estación de control maestra).

29. PRECISIONES DEL GPS
• En general la exactitud, obtenida en mediciones con GPS depende de lo
siguiente:
• Equipo receptor.
• Planificación y procedimiento de recolección de datos.
• Tiempo de medición.
• Programas utilizados en la medición de datos.

30. APLICACIONES.
• AEREAS
• MARITIMAS
• TERRESTRE
• ESPACIAL.
• OTRAS APLICACIONES
Teledetección.
Búsqueda y rescate.
Vigilancia aérea.
Fotogrametría.
Medición y control geodésico.
Medición de linderos.
Mediciones hidrográficas.
Dragados.
Mediciones topográficas.
Control de deformaciones.
Mapas de inundaciones.
Mapas de recursos.

31. BIBLIOGRAFIA.
• TOPOGRAFIA. Wolf/ Brinker. 9ª.Edicion.
• TOPOGRAFIA PLANA. Leonardo Casanova.
• TOPOGRAFIA. Mc Cormac.