Informe GPS

 

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Introducción GPS es un sistema de posicionamiento basado en la medición de la distancia a un mínimo de cuatro satélites simultáneos, que además, transmiten sus posiciones estimadas. Es posible determinar (en cualquier momento y bajo cualquier condición atmosférica), una posición precisa en cualquier punto de la superficie terrestre.

 

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Objetivos   Aprender a configurar u receptor GPS.

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  Conocer técnicas geoposionamiento a través del uso del GPS.

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  Ubicar puntos de control de terrestre

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Marco Teórico GPS El Sistema de Posicionamiento Posic ionamiento Global, más conocido por sus siglas en inglés, GPS (siglas de Global Positioning System), es un sistema que permite determinar en toda la Tierra la Tierra la posición de un objeto (una persona, pe rsona, un vehículo) con una precisión de hasta centímetros (si se utiliza GPS diferencial), aunque lo habitual son unos pocos metros de precisión. El sistema fue desarrollado, instalado y empleado por el Departamento de Defensa de los Estados los Estados Unidos. Para Unidos. Para determinar las posiciones en el globo, el sistema GPS se sirve de 24 satélites y utiliza la trilateración. la  trilateración.   El GPS funciona mediante una red de 24 satélites en órbita sobre el planeta Tierra, a 20 200 km de altura, con trayectorias sincronizadas para cubrir toda la superficie de la Tierra. Cuando se desea determinar la posición, el receptor que se utiliza para ello localiza automáticamente automáti camente como mínimo tres satélites satélit es de la red, de los que recibe unas señales indicando la identificación ident ificación y la hora del reloj de d e cada uno de ellos. Con base en estas señales, el aparato sincroniza el reloj del GPS y calcula el tiempo que tardan en llegar las señales al equipo, y de tal modo mide la distancia al satélite mediante el método de trilateración inversa, el cual se basa en determinar la distancia de cada satélite al punto de medición. Conocidas las distancias, se determina fácilmente la propia posición relativa respecto a los satélites. Conociendo además las coordenadas o posición de cada uno de ellos por la señal que emiten, se obtiene la posición absoluta o coordenada reales del punto de medición. También Tam bién se consigue una exactitud extrema en el reloj del GPS, similar a la de los relojes atómicos que lleva a bordo cada uno de los satélites. La antigua Unión Soviética construyó un sistema similar llamado GLONASS, llamado GLONASS, ahora  ahora gestionado por la Federación la Federación Rusa.  Rusa.  La  Unión La

Europea desarrolló

el sistema el 

de

navegación

Galileo.   Galileo.

En diciembre En  diciembre de de 2016  2016 la la   Comisión Europea,  Europea,  propietaria del sistema, informó que el sistema el  sistema de navegación Galileocomenzó Galileo comenzó sus operaciones y que los satélites ya

 

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envían información de posicionamiento, navegación y determinación de la hora a usuarios de todo el mundo. La República Popular China está implementando su propio sistema de navegación, el denominado Beidou, denominado Beidou,   que está previsto que cuente con 12 y 14 satélites entre 2011 y 2015. Para 2020, ya plenamente operativo deberá contar con 30 satélites. En diciembre de 2012 tenían 14 satélites en órbita. En la década de 1960, el sistema de navegación terrestre OMEGA, basada en la comparación de fase de las señales emitidas a partir de pares de estaciones terrestres, se convirtió en el primer sistema mundial de radio de navegación. Las limitaciones de estos sistemas impulsaron la necesidad de una solución de navegación más universal con más precisión. La armada La  armada estadounidense aplicó esta tecnología de navegación utilizando satélites satélit es para proveer a los sistemas de navegación de sus flotas observaciones de posiciones actualizadas y precisas. El sistema debía cumplir los requisitos de globalidad, abarcando toda la superficie del globo; continuidad, funcionamiento continuo sin afectarle las condiciones atmosféricas; altamente dinámicas, para posibilitar su uso en aviación y precisión. Esto llevó a producir diferentes experimentos como el Timation el Timation y el sistema 621B en desiertos simulando diferentes comportamientos.  Así surgió surgió el sistema TRANSIT, sistema TRANSIT, que  que quedó operativo en 1964, en 1964, y  y hacia 1967 hacia 1967 estuvo disponible, además, para uso comercial militar. milita r. TRANSIT estaba constituido por una constelación de seis satélites en órbita en  órbita polar baja, a una altura de 1074 km. Tal configuración conseguía una cobertura mundial pero no constante. La posibilidad de posicionarse era intermitente, pudiéndose pudi éndose acceder a los satélites cada 1,5 horas. El cálculo de la posición requería estar siguiendo al satélite durante quince minutos continuamente. En 1967, la U.S. Navy desarrolló el satélite Timation, satélite  Timation, que  que demostró la viabilidad de colocar relojes precisos al espacio, una tecnología requerida por el GPS.

 

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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 En 1973 la Armada y de la Fuerza 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 pseudoaleatorio), en lo que se conoció como Navigation Technology Program (programa de tecnología de navegación), posteriormente renombrado NAVSTAR GPS. Entre 1978 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 de  1993 y con «capacidad operacional total» y utilidad civil en abril de 1995. de 1995.   En 2009, En  2009,   el gobierno de los Estados Unidos ofreció el servicio normalizado de determinación de la posición para par a apoyar las necesidades de la OACI, la OACI, y  y ésta aceptó el ofrecimiento. Características técnicas y prestaciones

  Operadora de satélites controlando la constelación NAVSTAR-GPS, en la

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Base Aérea de Schriever.   Lanzamiento de satélites para para la constelación NAVSTAR-GPS mediante un cohete Delta.   El El Sistema  Sistema Global de Navegación por Satélite lo componen:   Satélites en la constelación: 24 (4 × 6 órbitas)   Altitud: 20 200 km   Período: 11 h 58 min (12 horas horas sidéreas)  sidéreas)     Inclinación: 55 grados (respecto al ecuador terrestre).   Vida útil: 7,5 años   Hora: 1 ns   Cobertura: mundial   Capacidad de usuarios: ilimitada

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  Sistema de coordenadas:

 

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Señal GPS

Cada satélite GPS emite continuamente un mensaje de navegación a 50 bits por segundo en la frecuencia transportadora de microondas de aproximadamente 1.600 MHz. La radio FM, en comparación, se emite a entre 87,5 y 108,0 MHz y las redes Wi-Fi funcionan a alrededor de 5000 MHz y 2400 MHz. Más concretamente, todos los satélites emiten a 1575,42 MHz (esta es la señal L1) y 1227,6 MHz (la señal seña l L2). La señal GPS proporciona la “hora de la semana” precisa de acuerdo con el reloj

atómico a bordo del satélite, el número núme ro de semana GPS y un informe de estado para el satélite de manera que puede deducirse si es defectuoso. Cada transmisión dura 30 segundos y lleva 1500 bits de datos codificados. Esta pequeña cantidad de datos está codificada con una secuencia pseudoaleatoria (PRN) de alta velocidad que es diferente para cada satélite. Los receptores GPS conocen los códigos PRN de cada satélite y por ello no sólo pueden decodificar la señal sino que la pueden distinguir entre diferentes satélites. Las transmisiones son cronometradas para empezar de forma precisa en el minuto y en el medio minuto tal como indique el reloj atómico del satélite. La primera parte de la señal GPS indica al receptor la l a relación entre el reloj del satélite y la hora GPS. La siguiente serie de datos proporciona al receptor información de órbita precisa del satélite. Evolución del sistema GPS

       

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Estación y receptor GPS profesionales para precisiones centimétricas. Incorporación de una nueva señal en L1 para uso civil. Adición de una tercera señal civil (L5): 1176,45 MHz Protección y disponibilid disponibilidad ad de una de las dos nuevas señales para servicios de Seguridad de  Seguridad para la Vida (SOL). Mejora en la estructura de señales. Incremento en la potencia potencia de señal (L5 tendrá un nivel de potencia de –154 dB). Mejora en la precisión (1-5 m). Aumento en en el número de estaciones de monitorización: 12 (el doble)

  Permitir mejor interoperabilida interoperabilidad d con la frecuencia L1 de de Galileo.  Galileo.  

 

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El programa GPS III persigue el objetivo de garantizar que el GPS satisfaga requisitos militares y civiles previstos para los próximos 30 años. Este programa se está desarrollando para utilizar un enfoque en tres etapas (una de las etapas de transición es el GPS II); muy flexible, permite cambios futuros y reduce riesgos. El desarrollo de satélites GPS II comenzó en 2005, y el primero de ellos estará disponible para su lanzamiento en 2012, con el objetivo de lograr la transición completa de GPS III en 2017. Los desafíos son los siguientes:   Representar los requisitos de usuarios, tanto civiles como militares, en cuanto

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a GPS.   Limitar los requisitos GPS III dentro de los objetivos operacionales.

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  Proporcionar flexibilidad que permita cambios futuros para satisfacer

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requisitos de los usuarios hasta 2030.   Proporcionar solidez para la creciente dependencia en la determinación de

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posición y de hora precisa como servicio internacional. El sistema ha evolucionado y de él han derivado nuevos sistemas de posicionamiento, como sistemas de posicionamiento dinámicos, un sistema de captura de datos, que permite al usuario realizar mediciones en tiempo real y en movimiento, el llamado Mobile Mapping. Este sistema obtiene cartografía móvil 3D basándose en un aparato que recoge un escáner láser, cámaras métricas, un sensor inercial (IMU), sistema GNSS y un odómetro a bordo de un vehículo. Se consiguen grandes precisiones, gracias a las tres tecnologías de posicionamiento: IMU + GNSS + odómetro, que trabajando tr abajando a la vez dan la opción de d e medir incluso en zonas donde la señal de satélite no es buena.

 

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Funcionamiento

Receptor GPS. La información que es útil al receptor GPS para determinar su posición se llama efemérides. En este caso cada satélite emite sus propias efemérides, en la que se incluye la salud del satélite,su posición en el espacio, su hora atómica, información doppler, etc. Mediante la trilateración la trilateración se determina la posición del receptor: Cada satélite indica que el receptor se encuentra en un punto en la superficie de la esfera, con centro en el propio satélite y de radio la distancia total hasta el receptor. Obteniendo información de dos satélites queda determinada una circunferencia que resulta cuando se intersecan interseca n las dos esferas en algún punto de la cual se encuentra el receptor. Teniendo información de un tercer satélite, se elimina el inconveniente de la falta de sincronización entre los relojes de los receptores GPS y los relojes de los satélites. Y es en este momento cuando el receptor GPS puede determinar una posición 3D exacta (latitud, (latitud, longitud  longitud y altitud)  altitud)..

 

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Conclusiones   El uso del GPS será parte indispensable en la vida vida cotidiana de los seres

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humanos. Quizá su uso más importante será la ubicación de las personas. Veremos entonces que este sistema se implementara en los celulares, o que a alguien se le insertara un microchip que será ubicado por medio de un GPS. Es fascinante la tecnología de estos aparatos, por desgracia tan poco conocido.

  Sistema GPS con los cambios producidos ante la aparición de las estaciones

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totales en la década de los setenta, pero no es comparable, pues aunque las estaciones totales agilizaron y facilitaron el trabajo, los métodos, procedimientos, métodos,  procedimientos,   cálculos, etc. siguieron siendo los mismos que en siglos pasados. Con el sistema GPS no ha ocurrido esto, todo es distinto, los procedimientos, cálculos, métodos, etc.

 

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Bibliografía  

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http://www.monografias.com/trabajos93/levantamiento-gps/levantamientogps.shtml#conclusioa.   gps.shtml#conclusioa.

  https://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_posicionamiento_global.  

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 Anexos