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Captura de datos, procesamiento y análisis GPS

Enviado por Pablo Turmero



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SISTEMAS GLOBALES DE NAVEGACIÓN POR SATÉLITE (GNSS) Constelación de satélites que transmite rangos de señales utilizados para el posicionamiento y localización en cualquier parte del globo terrestre. Estos permiten determinar las coordenadas de un punto dado como resultado de la recepción de señales provenientes de constelaciones de satélites artificiales de la Tierra para fines de navegación, transporte, geodésicos, hidrográficos, agrícolas, y otras actividades afines. La navegación por satélite se basa en el cálculo de una posición midiendo las distancias de un mínimo de tres satélites de posición conocida. En la práctica, un receptor capta las señales de sincronización emitida por los satélites que contiene la posición del satélite y el tiempo exacto en que esta fue transmitida. La posición del satélite se transmite en un mensaje de datos que se superpone en un código que sirve como referencia de la sincronización.
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EVOLUCIÓN SISTEMAS GLOBALES DE NAVEGACIÓN POR SATÉLITE (GNSS)
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Estructura del Sistema GPS Constelación NAVSTAR-GPS
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SEGMENTO ESPACIAL: Esta sección la conforman los 27 satélites NAVSTAR. Se distribuyen en 6 planos orbitales inclinados a 55º respecto al Ecuador y a una altitud de 20.200 km. Con un período orbital de 12 horas cada uno. Usualmente 24 satélites se encuentran operativos y los 3 restantes prestan funciones de apoyo durante los períodos de mantención. Esta configuración permite que al menos 4 satélites pueden ser observados en forma continua desde cualquier lugar del globo.
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Las estaciones monitoras reciben las señales de los satélites y calculan la órbita exacta. Los errores existentes en la información orbital de cada satélite (ephemeris data) son calculados y la información corregida es enviada a cada satélite.
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SEGMENTO DE USUARIO: Este segmento lo conforman la totalidad de usuarios del sistema y los receptores GPS. Recibe las señales que envían los satélites y las utiliza para determinar la posición del punto o móvil. Empleando las señales de cuatro satélites un receptor GPS puede calcular la posición en el espacio tridimensional (X, Y, Z) y el tiempo (UTC*) La aplicación principal del sistema GPS es la navegación en tres dimensiones (X, Y, Z). *UTC: Tiempo Universal Coordinado
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MENSAJE GPS: Los satélites GPS transmiten información en dos frecuencias portadoras (señales de ruido pseudo-aleatorio) de banda ancha. L1 = 1575,42 MHz (1,57 GHz) transmite la señal de navegación y el código L2 = 1227,60 MHz (1,23 GHz) empleada para compensar las variaciones producidas por cambios en las condiciones de propagación en la ionosfera en receptores Estas portadoras contienen el mensaje GPS compuesto por: a )Efemérides (posición de cada satélite) b) Almanaque (conjunto de datos para predecir las órbitas) c) Observable (códigos y fases o frecuencias portadoras) d) Funcionamiento e) Valor de Precisión de la distancia de usuario (URA)/ Disponibilidad selectiva (SA)
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c) Observable: Tiene relación con la información medible del mensaje satelital, que es utilizada para determinar la posición del receptor. La información medible es “código” y “fase”. La señal incluye dos códigos pseudo aleatorio (PRN): “navegación y posicionamiento con precisión métrica” Código C/A (Coarse Acquisition) Modula la señal L1 Aplicaciones: navegación y cartografía Código P (Y) (Precise) Modula las señales L1 y L2 Aplicaciones: apoyo en trabajos topográficos
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L1 L2 Frecuencia Portadora 1575.42 MHz 1227.6 MHz Longitud de onda 19cm 24cm Modulación del Código C/A - P P NAVDATA NAVDATA C/A - Código de adquisición gruesa. P - Código Preciso (Actualmente Código Y). NAVDATA - Estado de los Satélites & offset del reloj, y parámetros de las efemérides,
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VALOR DE PRECISION DE LA DISTANCIA DE USUARIO (URA): Valor estadístico que predice la precisión de las mediciones desde un satélite específico. Si el URA es mayor que 30 implica que se ha activado la Disponibilidad Selectiva (SA) en ese satélite. La SA es una degradación artificial de la señal ocasionada por el Depto. de Defensa induciendo un error en un rango de 30 a 100 metros. la dependencia cada vez mayor del GPS por parte de la población civil hizo que la Disponibilidad Selectiva fuese eliminada el 2 de Mayo de 2000.
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MODOS DE POSICIONAMIENTO
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Para la determinación de posiciones sobre la superficie de la tierra se tienen dos formas de posicionamiento: Autónomo Diferencial La diferencia fundamental es la precisión y su aplicación dependerá de las necesidades y objetivos del usuario.
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FORMA AUTONOMA: Proceso para obtener coordenadas en modo de posicionamiento autónomo: 1. Trilateración desde satélites 2. Distancia hacia los satélites 3. Precisión en el tiempo 4. Posición de los satélites 5. Corrección de errores
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1. TRILATERACIÓN DESDE SATÉLITES: La coordenada exacta de un punto sobre la tierra se calcula midiendo la distancia desde un grupo de satélites hacia la posición de la antena. Asumiendo que la distancia hacia un satélite es conocida, la posición de la antena puede estar sobre cualquier punto sobre la superficie de la esfera generada.
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Si se incorpora la distancia hacia un segundo satélite se generan dos esferas cuya intersección genera un circulo. La posición de la antena estará en algún punto sobre este círculo. Si se incorpora la distancia a un tercer satélite, la esfera generada se intercepta sobre dos puntos en el círculo. Uno de éstos es una posición degradada producida por una respuesta indeseada. Se necesitan 4 satélites como mínimo para determinar la solución de las cuatro incógnitas: coordenadas X, Y , Z Tiempo.
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2.DISTANCIA HACIA LOS SATÉLITES La distancia desde un satélite a la antena del receptor es establecida midiendo el tiempo de viaje de la señal de radio desde el satélite al receptor. Tanto el satélite como el receptor generan un código PRN, idénticos y sincronizados entre si. Así, el receptor compara el código recibido con el generado determinando la diferencia de tiempo entre las partes iguales del código. Esta diferencia es multiplicada por la velocidad de la luz para determinar la distancia. La precisión de la distancia depende del código del que se derive: C/A - P
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