Sistema GPS: Funcionamento e Aplicações

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SISTEMA DE 
POSICIONAMIENTO 
GLOBAL
(GPS)
A principios de los años 70 se propuso el proyecto GPS, 
para satisfacer los requerimientos militares del gobierno 
de los Estados Unidos en la determinación de posiciones 
terrestres precisas sin importar las condiciones 
meteorológicas 
El sistema se 
completó en 
abril de 1995
Vuelo 007 de Korean Air
El 31 de agosto de 1983 fue abatido al oeste 
de la isla de Sajalín, justo sobre la isla 
Moneron llevando 269 personas entre 
pasajeros y tripulación
 Ronald Reagan anunció que el sistema GPS estaría disponible 
para propósitos civiles una vez que se finalizase
Sistema global de navegación por 
satélites
Sistema destinado a posicionar un punto 
terrestre basado en la recepción y 
procesamiento de informaciones en forma de 
ondas de radio emitidas por satélites 
GNSS- Sistema Global de navegación por satélite
Obtener las coordenadas de
puntos medidos sobre la
superficie terrestre, referidas
a un Marco de Referencia
Global.
Medición de distancias a
satélites, cuyas coordenadas
son conocidas, permite
calcular la coordenada
incógnita.
Distintas constelaciones de
satélites: GPS, GLONASS,
GALILEO.
Fundamento
Ventajas
• Cubertura en todo el mundo
• Utilización durante las 24 horas del día
• No es necesaria la intervisibilidad entre 
puntos
• Condiciones meteorológicas adversas: niebla, 
lluvia, fríos y calores extremos
• El rango de distancias a medir es mucho 
mayor
• Soporta un número ilimitado de usuarios
• Servicio gratuito
El sistema esta compuesto por tres sectores 
fundamentales y dependientes entre sí
Sector espacial
Constelación NAVSTAR
● 6 planos orbitales
● 24satélites + 8 de 
backup
● Altura de órbita de 
20.200 km
● Inclinación del plano 
orbital 55°
● Período orbital de 12 
horas sidérias
Cada satélite está perfectamente identificado:
1. Por el número de lanzamiento del satélite o número 
NAVSTAR (SVN)
2. Orbita a la que pertenece y número de posición 
dentro de ella
3. Número de catálogo NASA
4. Identificación Internacional: año de lanzamiento
5. Código Seudo Aleatorio (PRN).
EL SECTOR DE CONTROL. 
Segmento de Control – Cubrimiento inicial
Segmento de Control – Cubrimiento actual
Segmento de Control
Comunicación
bidireccional con los
satélites (Master
Station).
Cálculo de parámetros
orbitales y correcciones
y envío desde las
estaciones de control a
los satélites para su
posterior transmisión a
los usuario del sistema.
Segmento de Usuario
Equipo de medición 
destinados a recibir datos 
de la señal GPS para 
posicionarse.
Receptor
ANTENA DE RECEPCIÓN: Recibe y amplifica 
la señal recibida de los satélites
EL SENSOR: decodifica e interpreta los 
componentes de la señal recibida
por la antena y registra las observaciones
• Oscilador 
atómicos de 
cesio de una 
precisión es de 
10-13- s 
• La frecuencia 
fundamental de 
emisión es de 
10,23 MHz.
En el satéliteSEÑAL GPS
SEÑAL GPS
Además de un mensaje, que da la información de los 
parámetros orbitales del satélite y del estado del reloj.
 Se trata de métodos y técnicas para la determinación de 
posiciones de objetos estáticos o en movimiento. 
Los métodos de observación GPS se pueden 
clasificar atendiendo a varios factores: 
● forma de medición
● según el sistema de referencia (números de 
receptores observados simultáneamente
● según el método de observación 
● según el momento de obtención de los resultados (modos de 
procesamiento).
MÉTODOS DE POSICIONAMIETO
Clasificar de posicionamiento según la 
forma de medición
● MEDICIÓN POR CÓDIGO
La precisión de posicionamiento es de 
aproximadamente un 1% de longitud de onda.
con código P se obtiene una precisión de 30 cm. 
con código C/A la precisión es de 3 m.
● MEDICIÓN POR FASE
El satélite y el receptor generan el mismo código 
sincronizado. 
Distancia Satélite-Receptor
Se determina con:
Medida de tiempo
Diferencia de fase
Basada en la comparación entre la señal recibida por el receptor 
procedente del satélite y la réplica de dicha señal generada por el receptor
La diferencia entre la fase de la portadora recibida del satélite y la fase 
generada internamente por el oscilador del receptor no tiene en cuenta el 
número de ondas enteras que hay entre el satélite y el receptor
A esta incógnita se la llama ambigüedad inicial de fase
Distancia Satélite-Receptor
La indeterminación de ciclos siempre será la misma, la del instante inicial, siempre 
 y cuando se realice un seguimiento íntegro y continuo de la señal para poder 
partir del mismo origen, referenciando las ambigüedades al instante inicial. Estas 
ambigüedades se determinarán con técnicas de estimación por mínimos 
cuadrados y mediante diferenciaciones. Una vez conocidas se obtendrá la 
distancia al satélite con un error que puede ser inferior al centímetro.
• Absolutos un receptor la precisión obtenida se encuentra entre los 5 
m y 10 m. 
• Diferenciales es necesario tener como mínimo dos receptores, 
actuando siempre uno como referencia, con el fin de compensar o 
eliminar los errores propios del sistema GPS.
Es el método más utilizado en topografía porque es mucho más preciso.
Clasificar de posicionamiento según el número 
de receptores observando simultáneamente:
ESTACION 
REMOTA
ESTACION BASE
La posición se determina como incrementos de coordenadas desde el 
equipo de referencia (estación base) al móvil (estación remota)
Estático (quieto) 
• Cinemático ( en 
movimiento) 
Clasificar de posicionamiento según el método 
de observación
Cinemático con paradas (Stop and Go) 
 Es una variante del método cinemático, es un término 
comercial. La diferencia principal con el método 
cinemático es que se realiza una parada para 
levantar el punto en cuestión y seguidamente sigue 
sin perder señal de los satélites hacia el siguiente 
punto.
Clasificar de posicionamiento según según el 
momento de obtención de los resultados 
(modos de procesamiento).
Gabinete (en postproceso)
Los resultados de la observación se obtienen tras la descarga en el 
ordenador de los datos tomados en campo y el procesado de los 
mismos mediante el software de postproceso 
Tiempo real (en el momento de la 
observación)
Se basa en procesado de las señales en tiempo real. Si a los 
equipos se les incorpora un sistema de transmisión de 
información y un módulo de cálculo, se pueden realizar los cálculos 
en tiempo real.
Calificación de receptores GPS
NAVEGADORES
Reciben únicamente datos de código C/A por la 
portadora L1. Correlacionan el código y determinan 
la pseudodistancia entre el receptor y satélite
GPS MONOFRECUENCIA DE CODIGO Y FASE
Reciben las observables de código y fase de la 
portadora L1. 
Limitación de líneas menores a 15-20 kilómetros 
GPS DOBLE FRECUENCIA
Reciben las observables de código y fase de las 
portadoras L1 y L2 
DIFERENCIAL L1 COD. C/A 1 m 
DIFERENCIAL ESTÁTICO L1 C/A Y FASE
 1cm + 2ppm Distancia menor a 20KM
DIFERENCIAL ESTÁTICO L1 Y L2 C/A,P, 
FASE 5mm + 1ppm más de 20KM
(RTK)- GPS en Tiempo Real (1 ó 2 cm + 
1ppm).
Precisiones
ESQUEMA VECTORIAL DE
UNA POSICION GPS
FUENTES DE ERROR EN EL SATÉLITE 
● Errores del reloj: originado 
por la variación del reloj 
atómico 
● Errores Orbitales: originado al 
desconocer con precisión 
la posición del satélite 
FUENTES DE ERRORES EN LA PROPAGACIÓN DE LA 
SEÑAL GPS
● RETRASOS IONOSFÉRICOS: 
Distorsión de la onda 
debido a los rayos 
ultravioletas procedentes 
del sol ionizan las 
moléculas de gas
● RETRASOS TROPOSFÉRICOS: 
refracción de las ondas por 
condiciones 
meteorológicas
● Error del reloj
● Variación del centro de 
antena: no coincide el 
centro mecánico de la 
antena con su centro 
de fase
● Multitrayectoria: se 
origina cuando la 
señal del satélite llega 
al receptor por 2 o 
más trayectorias 
diferentes 
ocasionando un error 
en la lectura de los 
datos 
FUENTES DE ERRORES EN EL RECEPTORFUENTE DE ERROR DE CONFIGURACIÓN 
GEOMÉTRICA
DOP (Indicador de precisión) es una descripción del efecto de la 
geometría de los satélites
No es lo mismo que los 4 satélites estén muy separados 
(mejor precisión) que los satélites están más próximos (menor 
precisión).
Buena configuración para
 DOP´s < 6
LAS FUENTES DE ERROR 
GNSS: Sistemas satelitarios de 
navegación 
• Constelación NAVSTAR (Navegación por 
Satélite en Tiempo y Distancia) EEUU
• GLONASS (Sistema Global de Navegación por 
Satélite) RUSIA
• GALILEO EUROPA
• BEIDOU CHINA
• MSAS (Satellite-Based Augmentation
• System) JAPÓN
AHORA SE VIENE GNSS
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