Error de Un GNSS, Técnicas y Beneficios

 

DANIELA YOHANA CELY NEGRET 40131143

ERROR DE UN GNSS, TÉCNICAS Y BENEFICIOS Para qu Para que e la tecnol tecnologí ogía a GNS GNSS S se pueda pueda ul uliza izarr en los campo camposs de la Topogr Topografa afa,, Geo Geodes desia ia y Geomáca, resulta imprescindible el estudio de los errores GNSS. La propagación de la señal y el propio sistema GPS, tanto en pseudodistancia como en las dierencias de ase, e están stán aectados por errores sistemácos sistemácos o desviacion desviaciones es y por errore erroress aleatorios aleatorios,, algunos algunos producidos producidos por causas causas técnicas y otros por causas naturales. Podemos clasicar esos errores GNSS según se asocien al satélite, al medio de propagación o al receptor. Algunos de estos errores sistemácos pueden ser modelados (reloj, eemérides y troposera) e inclus inc luso o elimin eliminado adoss uliza ulizando ndo combin combinaci acione oness apropi apropiada adass de los observ observabl ables es a par parr r de dos recue recuenci ncias as (ionos (ionoser era) a) o tra trabaj bajand ando o en modo modo di diere erenci ncial, al, ul uliza izando ndo dos recepto receptores res (casi (casi la totalidad). En reerencia a los errores atmoséricos (ionosera y troposera) se pueden encontrar senda entradas en este blog con sus correspondientes presentaciones. En lo reerente a los errores orbitales, son debidos principalmente a variaciones del campo gravitatorio, eectos de las mareas, redistribución de masas, y pueden ser corregidos mediante la ulización de un soware cienco adecuado, aunque esto sólo suele hacerse con nes de invesgación.

 

Los errores atmoséricos en GNSS, suponen una parte muy importante de los errores en GNSS. Cuando hablamos de errores atmoséricos en GNSS tenemos en cuenta los causados por la ionosera y también los causados por la troposera. Para hablar del error ionosérico, deberemos en primer lugar introducir de orma breve la ionosera y sus caracteríscas. La ionosera es la capa comprendida entre 80 o 100 y 1000 km de altud. Las radiaciones ultravioletas, solar y otras ionizan una porción de las moléculas gaseosas liberando electrones. Un medio en el cual la velocidad de propagación de la onda electromagnéca depende de la recuencia es un medio dispersivo, y la ionosera es un medio dispersivo, su índice de reracción depende de la recuencia y aecta de disnta orma a la ase que al código, por ello las señales GPS suren retardo o adelanto según sea ase o código. Lo más interesante es que al ser la ionosera un medio dispersivo, esta situación permite que con dos recuencias L1 y L2 se pueda eliminar el eecto ionosérico, por una combinación lineal de recuencias. La combinación lineal que elimina este eecto es la llamada libre ionosera o L3. Para poder explicar el comportamiento de la onda portadora y el código, procedentes del satélite, en su propagación por la ionosera, calcular el retraso ionosérico y denir los modelos o sistemas de eliminación del eecto ionosérico, se necesita establecer la relación entre índices de reracción y velocidades. La primera cuesón radica en averiguar si las ondas al pasar por la ionosera se retrasan, adelantan, o no varían respecto a la propagación de esa misma señal en el vacío. Para poder entender los eectos del error troposérico en GNSS deberemos primero conocer qué entendemos por troposera. La troposera, tropopausa y estratosera, a eectos de la propagación de las ondas GNSS, se consideran una capa única, a la que se denomina troposera, se trata de un medio no dispersivo, con lo que su impacto no depende de la recuencia, de manera que aecta a la modulación del código y a la ase de la misma orma. Se considera que esta capa alcanza hasta los 80-100 km de altud, sin embargo e mbargo el problema de retraso troposérico se produce en los 40 km más próximos a la Tierra. En los primeros 11 km la humedad juega un papel importante y en los comprendidos desde la Tierra hasta los 40 km, es donde la temperatura y presión son actores importantes. El retraso producido por la troposera puede llegar a alcanzar unos valores medios de 2,5 m en el cenit y se incrementa hasta los 25-30 m con la cosecante del ángulo de elevación, es decir unos retardos entre 3 y 100 nanosegundos. Los principales eectos que la atmósera puede producir sobre las ondas de radio son los siguientes: Atenuación atmosérica  Centelleo troposérico  Reracción troposérica ocasionada por la humedad y sequedad de la atmósera 

Para poder Para poder reduci reducirr los eecto eectoss de la tropos troposera era en las ond ondas as GNSS GNSS y conseg conseguir uir precis precision iones es aceptables para Topografa y Geodesia, los retrasos troposéricos cenitales se obenen a parr de modelos troposéricos; los modelos más ulizados son el de Hopeld (1969) y el de Saastamoinen (1972), aunque existen otros como Iadis, Goad Goodman, Black, Lany, Niell… Estos modelos dependen de la presión, temperatura, humedad y altud. El retardo depende de la ruta de la señal a través de la atmósera neutra y por eso se debe modela mod elarr en unció unción n del ángulo ángulo de elevac elevación ión del satéli satélite. te. El retard retardo o calcul calculado ado sólo para para la observación cenital, necesita de unciones de proyección para retardos dierentes a observables

 

cenitales, y por eso se han desarrollado unciones de mapeo, como la desarrollada por Marini, Niell, Viena, Global Mapping etc.

Cuando en Topografa hablamos de la posición obtenida mediante técnicas GPS, se intuye que ésta, es bastante precisa y libre de errores. Sin embargo, existen dierentes uentes de error que degradan la posición GPS desde algunos metros, en teoría, hasta algunas decenas de metros. Estas uentes de error son: 1.- Retrasos ionoséricos y atmoséricos 2.- Errores en el reloj del Satélite y del receptor 3.- Eecto multrayectoria 4.- Dilución de la precisión 5.- Disponibilidad selecva (S/A) 6.- An Spoong

1. Retrasos ionosféricos y atmosféricos. Al pasar la señal del satélite a través de la ionosera, ionosera, su velocidad disminuye, disminuye, produ produciéndo ciéndose se un eecto similar a la reracción. Estos retrasos atmoséricos pueden introducir un error en el cálculo de la distancia, ya que la velocidad de la señal se ve aectada. (La luz sólo ene una velocidad constante en el vacío). Este retraso, no es constante de manera que existen diversos actores que inuyen:

 

 - A. Elevación del satélite. Las señales de satélites que se encuentran en un ángulo de elevación bajo se verán más aectadas que las señales de satélites que se encuentran en un ángulo de elevación mayor, debido a que la distancia a recorrer es mayor.

- B. La densidad de la ionosera está aectada por el Sol. Durante la noche, la inuencia ionosérica ionosérica es mínima. Durante el día, el eecto de la ionosera se incrementa y disminuye la velocidad de la señal.

 - C. El Vapor de agua. El vapor de agua contenido en la atmósera también puede aectar las señales GPS. Este eecto, el cual puede resultar en una degradación de la posición, puede ser reducido ulizando modelos atmoséricos.

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, aectando la exactud de la posición. El Departamento de Deensa de los Estados Unidos, observa permanentemente los relojes de los Satélites mediante el segmento de control y puede corregir cualquier deriva que pueda encontrar.

3. Efecto multrayectoria. Este error puede darse cuando el receptor se sitúa cerca de una gran supercie reectora, tal como un lago o un edicio. Es debido a que la señal del satélite no viaja directamente a la antena, sino que llega primero al objeto cercano y luego es reejada a la antena, provocando una medición alsa.

 

Este po de errores pueden ser reducidos ulizando antenas GPS especiales que incorporan un plano de erra, que ltra las señales procedentes con un ángulo de elevación bajo. Para obtener la más alta exactud, la solución preerida es la antena de bobina anular (choke ring antenna). Una antena de bobina anular ene 4 o cinco anillos concéntricos alrededor de la antena que atrapa atrapan n cualqu cualquier ier señal señal ind indire irecta cta.. El eecto eecto mul multr traye ayector ctoria ia aecta aecta únicam únicament ente e a las mediciones topográcas de alta precisión.