PPT-S05-JVILLAR-2023-02

Esta es una vista previa del archivo. Inicie sesión para ver el archivo original

Copyright © Marzo de 2021 por TECSUP
Sesión N° 5: 
Ing. Civil Josualdo Villar Quiroz
Constelaciones satelitales GPS…
Constelaciones
• ¿Qué 
aprendimos la 
sesión
anterior?
REPASO:
Repaso sesión anterior / Saberes previos
• ¿Qué es el GNSS?
• ¿Qué es el GPS?
• ¿Cómo se calcula la ubicación de persona ?
Problematización
• ¿Qué son las constelaciones ?
• ¿Qué constelaciones existe en Perú?
• ¿Qué es el sistema Glonass, GPS, Galileo y Compass ?
• ¿Cuál es la aplicación de estos sistemas en Perú?
Logro de la sesión
• Al finalizar la sesión el estudiante aprende el uso de los
receptores GNSS en la ejecución de proyectos de
levantamientos geodésicos, topográficos y cartográficos.
Motivación
https://youtu.be/wEooczNowM0
https://youtu.be/wgDLNIL72ls
https://youtu.be/wEooczNowM0
https://youtu.be/wgDLNIL72ls
El Sistema de Posicionamiento 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 posición de un objeto (una persona, 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 Unidos. Para determinar
las posiciones en el globo, el sistema GPS se sirve de 24 satélites y utiliza
la trilateración.
El Sistema de Posicionamiento Global (GPS)
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 como mínimo CUATRO
satélites de la red, de los que recibe unas señales indicando la identificación y
la hora del reloj de 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 coordenadas reales del punto de
medición. También 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, ahora gestionado por la Federación Rusa.
La Unión Europea desarrolló el sistema de navegación Galileo.
En diciembre de 2016 a Comisión Europea, propietaria del sistema,
informó que el sistema de navegación Galileo comenzó sus
operaciones y que los satélites ya 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, 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
https://youtu.be/o4UiVVt72aY
El Sistema GLONASS
https://youtu.be/o4UiVVt72aY
El Sistema GLONASS
 GLONASS (acrónimo en ruso, ГЛОНАСС, ГЛОбальная НАвигационная Спут
никовая Система tr.: Global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema) es
un Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS) desarrollado por
la Unión Soviética, siendo hoy administrado por la Federación Rusa y que
constituye el homólogo del GPS estadounidense y del Galileo europeo.
 Consta de una constelación de 31 satélites (24 en activo, 3 satélites de
repuesto, 2 en mantenimiento, uno en servicio y otro en pruebas) situados en
tres planos orbitales con 8 satélites cada uno y siguiendo una órbita inclinada
de 64,8° con un radio de 25.510 km. La constelación de GLONASS se mueve
en órbita alrededor de la Tierra con una altitud de 19.100 km (diecinueve mil
cien kilómetros) algo más bajo que el GPS (20.200 km) y tarda
aproximadamente 11 horas y 15 minutos en completar una órbita.
https://es.wikipedia.org/wiki/Grado_sexagesimal
 El sistema está a cargo del Ministerio de Defensa de la Federación 
Rusa y los satélites se han lanzado desde Baikonur, en Kazajistán.
 Los tres primeros satélites fueron colocados en órbita en octubre de 1982.
El sistema fue pensado para ser funcional en el año 1991, pero la
constelación no fue terminada hasta diciembre de 1995 y comenzó a ser
operativo el 18 de enero de 1996. Ese mismo año la ya Federación Rusa
ofreció el canal de exactitud normalizada (CSA) del GLONASS para apoyar
las necesidades de la Organización de Aviación Civil Internacional OACI, y
ésta aceptó el ofrecimiento.
 GLONASS utilizó inicialmente el sistema geodésico ruso PZ-90 que era
sensiblemente diferente del sistema WGS 84; y como los parámetros de
transformación entre los dos sistemas de referencia no se conocían con
precisión, era necesario prestar atención a los sistemas a los que se
referían los datos recibidos. En septiembre de 2007, el sistema fue
adaptado y actualizado. Llamado PZ-90.02, está de acuerdo con el sistema
ITRF2000, que se ajusta como WGS 84.
 En agosto de 2001, el gobierno de la Federación Rusa adoptó un programa
especial federal a largo plazo por 10 años. Los principales objetivos del programa
son:
•Restablecer el segmento orbital del sistema GLONASS a 24 satélites para
el período 2007-2008;
•Modernizar los satélites de navegación, comenzando con la segunda
generación de satélites (GLONASS-M) que tienen más prestaciones y una vida
útil que se ha elevado a siete años. Se incorpora en estos satélites la señal L2
en 2005.
•Después de 2007 (se prevé completar la constelación en 2012), remplazar
gradualmente los satélites con los de la tercera generación (GLONASS-K) que,
junto con unas mejores prestaciones y una vida útil de 10 a 12 años, tendrán la
posibilidad de emitir la señal de navegación en la frecuencia L3 (además de L1 y L2)
por la banda de radionavegación aeronáutica.
•Proveer al GLONASS con capacidades de Búsqueda y Salvamento (SAR) a
partir de GLONASS-Km de manera similar al sistema COSPAS–SARSAT.
 La situación económica de Rusia en los años 90 supuso que en abril
de 2002 sólo 8 satélites estuvieran completamente operativos.
 En 2004, 11 satélites se encontraban en pleno funcionamiento. A finales
de 2007 son 19 los satélites operativos. Son necesarios 18 satélites
para dar servicio a todo el territorio ruso y 24 para poder estar
disponible el sistema en todo el mundo.
 En 2007, Rusia anuncia que a partir de ese año se eliminan todas las
restricciones de precisión en el uso de GLONASS, permitiendo así un
uso comercial ilimitado. Hasta ahora las restricciones de precisión para
usos civiles eran de 30 metros.
 La aparición en el mercado de receptores que permiten recibir señales
pertenecientes a los dos sistemas GLONASS y GPS (con sistemas de
referencia diferentes) hace interesantes las posibilidades de GLONASS
en la medición como apoyo al GPS norteamericano.
 Los satélites de segunda generación GLONASS-M, además incorporar la nueva
señal civil L2 (mejorando con esto la exactitud y fiabilidad de la navegación y
mejora la inmunidad frente a interferencias en el receptor para uso civil), posee
radioenlaces entre satélites para realizar el control en línea de la integridad del
sistema y aumentar la duración de la operación autónoma de la constelación de
satélites sin pérdida de la exactitud de navegación.
 Los satélites de tercera generación GLONASS-K tendrán parámetros de tamaño y
masa considerablemente mejores. Su peso no excederá de 700 kg, lo que
permitirá lanzar estos satélites empleando el cohete de lanzamiento Protón con
seis
satélites en un solo lanzamiento; a su vez, esto permitirá restablecer el
segmento orbital en un corto período y el cohete de lanzamiento Soyuz, con dos
satélites en un lanzamiento, permitirá mantener el segmento orbital en el futuro.
Estas capacidades permitirán reducir varias veces los costos de despliegue y
mantenimiento del segmento orbital del sistema GLONASS.
Total de satélites 
en constelación
29 SC
Operacionales 24 SC
En mantenimiento 1 SC
En reserva 3 SC
En test 1 SC
 El programa prevé también realizar tareas de investigación científica
y de diseño experimental para el desarrollo de la nueva generación
de satélites, a fin de modernizar el complejo de control de tierra del
sistema GLONASS y para iniciar la producción de equipo de
usuario, aumentaciones y un sistema de vigilancia del estado del
segmento orbital.
 El uso del sistema GLONASS con otros GNSS permitirá aumentar
considerablemente las prestaciones de los Sistemas de Navegación
por Satélite: la precisión, el acceso, la integridad y continuidad de
los servicios de navegación para los usuarios de la aviación.
 El 30 de marzo de 2013, el estado de la constelación de GLONASS
era:
https://youtu.be/eSJOgMYJwOs
El Sistema Galileo
https://youtu.be/eSJOgMYJwOs
El Sistema Galileo
 Galileo es el programa europeo de radionavegación y posicionamiento por
satélite, desarrollado por la Unión Europea (UE) conjuntamente con
la Agencia Espacial Europea. Este programa dota a la Unión Europea de una
tecnología independiente del GPS estadounidense y el GLONASS ruso. Al
contrario de estos dos, será de uso civil. El sistema se pudo poner en marcha
el 15 de diciembre del 2016 con alrededor de media constelación y será
completado para 2020.
 Este Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS), además
de prestar servicios de autonomía en radionavegación y ubicación
en el espacio, será interoperable con los sistemas GPS y
GLONASS. El usuario podrá calcular su posición con un receptor
que utilizará satélites de distintas constelaciones. Al ofrecer dos
frecuencias en su versión estándar, Galileo brindará ubicación en
el espacio en tiempo real con una precisión del orden de 1 metro
para el sistema gratuito, y de hasta 1 cm en el de pago, algo sin
precedentes en los sistemas públicos.
 Del mismo modo, los satélites Galileo, a diferencia de los que forman
la malla GPS, estarán en órbitas ligeramente más inclinadas hacia los
polos. De este modo sus datos serán más exactos en las regiones
cercanas a los polos, donde los satélites estadounidenses pierden
notablemente su precisión.
 Asimismo, garantizará la disponibilidad continua del servicio, excepto
en circunstancias extremas, y, con el apoyo de EGNOS, informará a
los usuarios en segundos en caso del fallo de un satélite. Esto lo hace
conveniente para aplicaciones donde la seguridad es crucial, tal como
las aplicaciones ferroviarias, la conducción de automóviles o el control
del tráfico aéreo . El uso de EGNOS para aviación civil mediante el
procedimiento LPV es el recomendado por la ICAO (Organización
Internacional de Aviación Civil), en detrimiento del actual ILS. El uso
combinado de Galileo y otros sistemas GNSS ofrecerá un gran nivel de
prestaciones para todas las comunidades de usuarios del mundo
entero.
 El sistema de navegación por satélite Compass (también conocido como
Beidou-2) es un proyecto que lleva a cabo la República Popular China y que
tiene como objetivo desarrollar un sistema de navegación por satélite
independiente. El actual sistema Beidou (constituido por 4 satélites) es de
carácter experimental y tiene una cobertura y aplicaciones limitadas. Sin
embargo, con el sistema Compass, China planea desarrollar un verdadero
sistema global de navegación por satélite formado por 35 satélites.
El Sistema Compass
 Como se ha dicho, el nuevo sistema será una constelación de 35 satélites.
Incluirá cinco satélites de órbita terrestre geosíncrona (GEO) y treinta de
órbita terrestre media (MEO), que ofrecerán una completa cobertura del
globo. El sistema estará preparado para proveer dos niveles de servicios;
servicios libres para el pueblo chino y servicios autorizados solo para uso
militar.
 Los servicios libres tendrán una exactitud de localización con un error inferior
a los 10 metros de distancia, una sincronización de reloj con un error de unos
50 ns y una precisión en la medición de la velocidad de 0.2 m/s de margen.
 Los servicios militares serán aún más precisos que los anteriores, y podrán
ser usados para comunicaciones, además de que suministrarán información
sobre el estado del sistema.
 Dos satélites del sistema Compass fueron lanzados a principios del 2007. En
los próximos años, China planea continuar experimentando con el sistema y
llevar a cabo operaciones de configuración del mismo.
Comparación de los sistemas GPS, GLONASS, Galileo y Compass (órbita terrestre
media) órbitas satelitales del sistema de navegación con la Estación Espacial
Internacional, el Telescopio Espacial Hubble y las órbitas de la constelación Iridium,
órbita terrestre geoestacionaria, y el tamaño nominal de la Tierra. La órbita de la Luna
es 9,1 veces más grande (en la radio y la longitud) que la órbita geoestacionaria
Actividad práctica grupal 5
• Debatir de forma grupal las siguientes preguntas :
• ¿Qué son las constelaciones ?
• ¿Qué constelaciones existe en Perú?
• ¿Qué es el sistema Glonass, GPS, Galileo y Compass ?
• ¿Cuál es la aplicación de estos sistemas en Perú?
Conclusiones de la Sesión
• ¿Qué aprendimos hoy ?
• ¿Qué son las constelaciones ?
• ¿Qué constelaciones existe en Perú?
• ¿Qué es el sistema Glonass, GPS y Galileo ?
• ¿Cuál es la aplicación de estos sistemas en Perú?
TEMA SIGUIENTE SESIÓN:
 Levantamientos con receptor GNSS en modo Estático Rápido
Tarea 5 / Asignación de casa
 Investigar acerca de Levantamientos con receptor GNSS en 
modo Estático- Colocación de puntos geodésicos, elaborar 
un resumen en diapositivas (mínimo 30)
Trabajo grupal (máximo 4 personas)
Bibliografía
• Sitio web educativo sobre el sistema GPS creado por el gobierno de EE.
UU.
• Operación de GPS en el modo de alta precisión RTK Cinemático en Tiempo
Real.
• Aplicación web para localizar coordenadas GPS en formato UTM WGS84,
DMS y Decimales
• Tutorial de uso y mantenimiento de GPS garmin
• Categorías: GPSNavegación electrónica
• Web oficial de GLONASS (en ruso/inglés)
• GLONASS en RussianSpaceWeb.com (en inglés)
• ILRS- GLONASS Satellite Information (en inglés)
• Gunter's Space Page - Etalon (en inglés)