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INTRODUCCI
El sistema de posicionamiento global (GPS) es una red de satélites que orbitan la Tierra en puntos fijos por encima del planeta y transmiten señales a cualquier receptor GPS en la Tierra. Estas señales llevan un código de tiempo y un punto de datos geográficos que permite al usuario identificar su posición exacta, la velocidad y el tiempo en cualquier parte del planeta. El GPS fue diseñado originalmente para aplicaciones militares y de los servicios de inteligencia en plena Guerra Fría durante la década de los 60, aunque se inspiró en el lanzamiento de la nave espacial soviética Sputnik en 1957. Transit fue el primer sistema de satélites lanzado por Estados Unidos y probado por la marina estadounidense en
- Sólo cinco satélites orbitando la Tierra permitían a los buques determinar su posición en el mar una vez cada hora. El sucesor de Transit fue el satélite Timation en 1967, que demostró que los relojes atómicos de alta precisión podían funcionar en el espacio. A partir de ese momento, el GPS se desarrolló rápidamente para fines militares con un total de 11 satélites "Block I" lanzados entre 1978 y 1985. Sin embargo, fue el derribo de un avión de pasajeros coreano (vuelo 007) por parte de la URSS en 1983 lo que llevó al Gobierno de Ronald Reagan en EE.UU. a establecer el GPS para aplicaciones civiles de modo que los aviones, las embarcaciones y medios de transporte de todo el mundo pudieran determinar su posición y evitar desviarse involuntariamente y entrar en límites territoriales extranjeros. El desastre del transbordador de la NASA SS Challenger en 1986 redujo la actualización del sistema GPS hasta que en 1989 se lanzaron los primeros satélites Block II. En el verano de 1993, EE.UU. lanzó su 24º satélite Navstar a la órbita, que completó la moderna constelación de satélites GPS: una red de 24 satélites conocidos actualmente como sistema de posicionamiento global o GPS. Veintiún satélites de la constelación estaban activos en todo momento y los otros 3 eran de repuesto. La red de GPS actual cuenta con 30 satélites activos en la constelación GPS. Hoy, el GPS se utiliza para decenas de aplicaciones de navegación, la búsqueda de rutas para los conductores, la creación de mapas, la investigación de los terremotos, los estudios climatológicos o el juego de búsqueda del tesoro al aire libre conocido como geocaching.
NIVELES DE SERVICIO GNSS:
El sistema GPS proporciona dos niveles diferentes de servicio que separan el uso civil del militar: Servicio de Posicionamiento Estándar (SPS, Standard Positioning Service). Precisión normal de posicionamiento civil obtenida con la utilización del código C/A de frecuencia simple. Servicio de Posicionamiento Preciso (PPS, Precise Positioning Service). Este posicionamiento dinámico es el de mayor precisión, basado en el código P de frecuencia dual, y solo está accesible para los usuarios autorizados.
ALGUNAS APLICACIONES DE LOS GPS:
Son múltiples los campos de aplicación de los sistemas de posicionamiento tanto como sistemas de ayuda a la navegación, como en modelización espacio atmosférico y terrestre o aplicaciones con requerimientos de alta precisión en la medida del tiempo. A continuación, se detallan algunos de los campos civiles donde se utilizan en la actualidad sistemas GPS:
EL SISTEMA GNSS:
El sistema se descompone en tres segmentos básicos, los dos primeros de responsabilidad militar: segmento espacio, formado por 24 satélites GPS con una órbita de 26560 Km. de radio y un periodo de 12 h.; segmento control, que consta de cinco estaciones monitoras encargadas de mantener en órbita los satélites y supervisar su correcto funcionamiento, tres antenas terrestres que envían a los satélites las señales que deben transmitir y una estación experta de supervisión de todas las operaciones; y segmento usuario, formado por las antenas y los receptores pasivos situados en tierra. Los receptores, a partir de los mensajes que provienen de cada satélite visible, calculan distancias y proporcionan una estimación de posición y tiempo.
CONCEPTOS
TIPOS DE RECEPTORES GNSS:
Existen tres tipos de receptores GNSS, los receptores que trabajan solamente con códigos para la determinación de la posición, los receptores que tiene capacidad de rastreo de una onda del espectro radioeléctrico y los receptores que tiene capacidad de rastreo de dos ondas del espectro radioeléctrico. Cada uno tiene sus características propias, por ejemplo, los receptores que únicamente determinan la posición a partir del código, son menos precisos que los receptores de una o doble frecuencia. Este tipo de receptores se denominan comúnmente navegadores, son muy utilizados para el esparcimiento al aire libre, deportes, navegación, pesca o cualquier actividad que requiera definir la posición sobre la Tierra, con un rango no mejor a 3m de precisión. NO es recomendable el uso de este tipo de equipo para los levantamientos topográficos y geodésicos. Por su parte, los receptores de una frecuencia tienen la capacidad de alcanzar mejores precisiones que los navegadores, esto se logra en función del método de levantamiento utilizado y el tiempo de rastreo. Son recomendables para realizar trabajos topográficos que no requieran de una precisión muy alta. En cambio, los receptores de doble frecuencia permiten recibir mayor cantidad de señales de los satélites y alcanzan precisiones muy altas, tanto, en la posición horizontal como vertical. Claro está, que estas precisiones están condicionadas al método de levantamiento establecido, el tiempo de rastreo de las señales y las condiciones del entorno al punto de observación. Las ventajas de los receptores de doble frecuencia son: Los tiempos de rastreo son más cortos al recolectar los datos necesarios para alcanzar las precisiones establecidas. Permite observar líneas base más extensas y con muy buena precisión. Permiten la eliminación de errores.
METODOS DE POSICIONAMIENTO CON RECEPTORES GNSS:
Podemos decir que los métodos de levantamiento con GNSS se dividen en dos tipos: Métodos de posicionamiento diferencial Métodos de posicionamiento relativo. METODO DE POSICIONAMIENTO DIFERENCIAL: El posicionamiento diferencial con GNSS utiliza dos receptores de manera simultánea, donde un receptor ocupará una estación base con coordenadas conocidas con anterioridad y el otro receptor se ubicará en puntos donde NO se conocen las coordenadas. La distancia entre ambos receptores será relativamente cercana. Los errores de la seudodistancia para ambos receptores muestran la misma magnitud, por lo tanto, si se logra determinar el error de la seudodistancia de la base esta puede ser corregida en el receptor móvil. El error de la seudodistancia de la estación base tanto para la onda L1 y L2, está dado por la ecuación
METODO DE POSICIONAMIENTO
RELATIVO:
Este tipo de método de levantamiento es muy utilizado para redes geodésicas, estudios geodinámicos o levantamientos de muy alta precisión. Tiene la limitación de ser lento y ocupar largas sesiones de rastreo. Los receptores se ubican en los vértices y no se desplazan por el tiempo de rastreo de la sesión de observación. El procedimiento consiste en tener dos o más receptores, un receptor asumirá el rol de base y se ubicará en un punto con coordenadas previamente conocidas. Los otros receptores serán los móviles y se ubicaran en vértices que no se conocen las coordenadas. Es necesario que todos los receptores estén configurados con la misma velocidad de la época. La velocidad de la época normalmente se utiliza a 15, 30 o 60 segundos.
MPD EN TIEMPO REAL:
El método cinemático en tiempo real funciona de manera similar al posicionamiento diferencial en tiempo real, pero difiere porque utiliza la fase portadora para eliminar los errores. La aplicación de este método requiere igualmente el rastreo de 4 satélites y el uso de dos receptores como mínimo, donde uno de los dos debe asumir el rol de base. El rastreo de las señales se debe realizar de manera simultánea. El receptor móvil utiliza las correcciones recibidas del receptor base para corregir sus propias seudo-distancias. Otra forma de posicionar vértices es utilizar tres receptores, dos receptores se ubican en puntos de coordenadas conocidas y el tercer receptor se ubicará en los vértices de coordenadas desconocidas. Ello formará una figura geométrica al finalizar la ocupación de todos los vértices. Recordar la necesidad de redundar los datos para eliminar errores por lo tanto se requerirá realizar la ocupación de los vértices dos veces. Podría utilizarse esta otra forma de ocupación de vértices utilizando tres receptores donde un receptor se ubicará en el vértice con coordenadas conocidas y los dos receptores en los vértices de coordenadas desconocidas. En este caso cada sesión de observación se realizará en triángulos cuyos vértices serán ocupados por cada receptor.
DIFERENCIACION INFIVIDUAL:
La diferenciación individual busca restar las observaciones de seudodistancia simultáneas entre los dos receptores a un satélite. El resultado permite eliminar el error del reloj del satélite y los errores atmosféricos.
DIFERENCIACION DOBLE:
La diferenciación doble busca determinar las diferencias de observaciones de seudodistancia simultáneas entre los dos receptores a dos satélites. En este caso el método elimina el error del reloj del satélite.
DIFERENCIACION TRIPLE:
La diferenciación triple busca determinar las diferencias de observaciones de seudodistancia simultáneas entre dos diferencias dobles para dos momentos distintos del levantamiento. Este método elimina la ambigüedad y solamente se mantienen las diferencias en las mediciones de la desviación de fase y las distancias geométricas. Además, elimina las pérdidas de ciclos durante una sesión.
