INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA INGENIERÍA EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA “Estudio del retardo provocado por la ionosfera en una señal GNSS” T E S I S QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA P R E S E N T A N: Pedro Antonio Díaz Vargas Saúl Vázquez Gutiérrez ASESORES: Dr. Rabindranath Reséndiz Vázquez M. en C. Carlos Mira González M. en C. Pedro Gustavo Magaña del Río MÉXICO, D.F. 2015
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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y
ELÉCTRICA
INGENIERÍA EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA
“Estudio del retardo provocado por la ionosfera en una señal GNSS”
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA
P R E S E N T A N:
Pedro Antonio Díaz Vargas Saúl Vázquez Gutiérrez
ASESORES: Dr. Rabindranath Reséndiz Vázquez
M. en C. Carlos Mira González M. en C. Pedro Gustavo Magaña del Río
Le dedico este trabajo a mis padres María del Rosario Gutiérrez Robles, Saúl Vázquez Rubio y a mis hermanos Brenda Vázquez Gutiérrez, Astrid Vázquez Gutiérrez y Rodrigo Vázquez Gutiérrez por su ejemplo de seguir adelante y por enseñarme el valor del trabajo y a mis profesores por formarme un carácter ante la vida profesional.
Agradecimientos
A mis padres por apoyarme en mi carrera profesional y al INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL por darme la oportunidad de formarme como un profesional en la institución.
Saúl
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Dedicatorias
A mí mismo por el esfuerzo, trabajo, y coraje invertidos por vencer a
todas y cada una de las adversidades que enfrenté y derroté.
A mis horas de desvelo y privación del gozo dejado de lado pero
sobre todo a mis padres, hermanos, maestros, amigos y a ti.
Agradecimientos
A Dios quien supo guiarme por el buen camino y ayudarme abrir un
buen futuro de éxito y prosperidad y darme una estrella en mi frente.
A mi madre, padre y hermano por el apoyo incondicional que
me brindaron con la certeza de que siempre estarán allí para darlo y a
los maestros por darme el conocimiento que no se nos podrá
arrebatar nunca.
Al INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL por brindarme la oportunidad
de crecer como profesionista y darme alojos en sus muros del saber y
a ti por estar incondicionalmente conmigo alentándome todos estos
años.
A mis amigos, compañeros de aventuras y desventuras
durante todos estos años.
Pedro
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V | Página
“Estudio del retardo provocado
por la ionosfera en una señal
GNSS”
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VI | Página
OBJETIVO
Estudiar las características de la ionosfera y el retardo que
introduce en las señales GNSS (Sistema Global de Navegación por
Satélite) provocando un error en la precisión, así como los
principales métodos de corrección para tomar en cuenta dicho
retardo.
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VII | Página
ÍNDICE
Relación de figuras, tablas y gráficas VII
Introducción XI
Antecedente XIV
CAPÍTULO 1 | “Sistema de Navegación GNSS” 1
1.1 Componentes GNSS 2
1.1.1 Segmento del espacio 4
1.1.2 Constelaciones GNSS actuales y previstos 6
1.1.3 Señales GNSS 7
1.1.4 Navegación por satélite independiente 13
1.1.5 GNSS y la navegación integrada 13
1.1.6 Navegación interior GNSS 14
1.2 Posicionamiento GNSS 15
1.3 GPS 17
1.4 GLONASS 18
1.5 GALILEO 19
1.5.1 Servicio GALILEO 20
1.6 Aplicaciones GNSS actuales 22
1.6.1 Crecimiento del sistema GNSS 26
CAPÍTULO 2 | “Errores en GNSS” 28
2.1 Errores de datos 29
2.2 Errores por la propagación ionosférica 30
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VIII | Página
2.3 Errores en la propagación troposférica 34
2.4 El problema de la trayectoria múltiple 38
2.5 Errores de datos efemérides 40
2.6 Errores en el reloj del satélite 41
2.7 Errores en el reloj del receptor 41
2.8 Generación de errores por los relojes en GNSS 42
CAPÍTULO 3 | “Ionosfera” 45
3.1 Ionosfera 46
3.1.1 Características de la Ionosfera 47
3.1.2 Capas ionosféricas 48
3.1.2.1 Total de las cuatro capas ionosfericas 51
3.2 Efecto de la ionosfera en una señal 52
3.2.1 Los principales efectos de la ionosfera en una señal
en banda L 56
3.3 El Sol 59
3.3.1 Manchas solares 63
3.3.2 Mínimo y máximo solar 63
3.1.2.1 Fenómeno electromagnético en la ionosfera
(Ionización) 65
3.4 TEC (Contenido Total de Electrones – Total Electron Content) 66
3.4.1 Ionosonda 71
3.5 Velocidad de fase y grupo 73
3.5.1 Índice de refracción 77
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IX | Página
3.6 Retardo ionosférico 81
CAPÍTULO 4 | “Corrección del error” 86
4.1 Caracterización del error GNSS 87
4.2 Modelo para la corrección del error 87
4.3 Modelos de corrección de una frecuencia 89
4.4 International Reference Ionosphere (IRI) 89
4.4.1 Pagina WEB para el modelo IRI 92
4.5 Modelo Klobuchar (GPS) 100
4.6 Modelo NeQuick 102
4.7 Cinemática en tiempo real (RTK) 103
4.8 Sistema de Aumentación Basado en Satélites (SBAS) 105
4.9 Sistema de Aumento de Área Amplia (WAAS) 110
4.9.1 Comparación de modelos 112
4.10 Corrección de retardo ionosférico para receptores GPS de una
sola frecuencia utilizando la correlación de mapeo tomográfica 114
4.10.1 La Pseudodistancia y el retraso ionosférico para los modelos de corrección 118
4.10.2 Análisis gráfico 122
CONCLUSIÓN 127
ACRONIMOS 129
GLOSARIO 134
REFERENCIA 138
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X | Página
Relación de figuras, tablas y gráficas
Figura Descripción Página
Figura 1.1 Sistema de posicionamiento de cobertura global. 3
Figura 1.2 Segmentos GNSS. 3
Figura 1.3 Segmento del espacio 4
Figura 1.4 Sistemas de radio navegación por satélite, espectro
de frecuencias definidas para GNSS 8
Figura 1.5 Trilateración – para conocer una distancia 15
Figura 1.6 Trilateración – para conocer dos distancias 16
Figura 1.7 Trilateración para conocer tres distancias 16
Figura 1.8 Arquitectura Galileo 19
Figura 2.1 Variación diurna y nocturna de la ionosfera 32
Figura 2.2 Pseudodistancia 33
Figura 2.3 Retraso troposférico por componentes húmedas 37
Figura 2.4 Errores de reflexión de la geometría local y vecindad de
trayectorias múltiples 39
Figura 2.5 Error causado por la inexactitud del reloj receptor 43
Figura 2.6 Error causado por la inexactitud del reloj receptor con tres satélites 43
Figura 2.7 Convergencia de pseudorangos mediante el adelanto o el atraso
de los relojes del receptor 44
Figura 3.1 Posicionamiento de la ionosfera respecto a otras capas 46
Figura 3.2 Perfil de la temperatura atmosférica 48
Figura 3.3 Estructura ionosférica de verano en el día y la noche con las
principales regiones de ionización 48
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XI | Página
Figura Descripción Página
Figura 3.4 Orden de las capas ionosféricas 49
Figura 3.5 Perfil del contenido total de electrones 51
Figura 3.6 Diferentes trayectorias de la propagación de las ondas
electromagnéticas a través de la ionosfera 53
Figura 3.7 Efecto de la ionosfera en las ondas electromagnéticas 55
Figura 3.8 Representación de las capas solares y manchas solares 60
Figura 3.9 Rotación diferencial del Sol 61
Figura 3.10 Manchas solares y llamarada solar 62
Figura 3.11 Perfiles verticales típicos de concentración electrónica en
la ionosfera de latitudes medias. Adaptada de Hargreaves (1992) 64
Figura 3.12 Electrones libres en una columna de 1m^2 68
Figura 3.13 Mapa mundial del TEC elaborado por el Jet Propulsion Laboratory (JPL) 69
Figura 3.14 Ionosonda 72
Figura 3.15 La primera señal 1 (a) y la segunda señal 1(b) con frecuencias
ligeramente diferentes son sumadas para generar la figura 1 (c) 75
Figura 3.16 Índices de refracción 78
Figura 3.17 Refracciones y reflexiones dentro de la ionosfera 79
Figura 4.1 Elección del sistema de referencia IRI 93
Figura 4.2 Solicitud de parámetros 94
Figura 4.3 Resultado en forma de lista y gráfica 95
Figura 4.4 Selección de parámetros densidad electrónica y altura 97
Figura 4.5 Modelo Klobuchar 101
Figura 4.6 Cinemática en tiempo real (RTK) 104
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XII | Página
Figura Descripción Página
Figura 4.7 Sistemas SBAS operativos o en desarrollo 108
Figura 4.8 Satélites geoestacionarios 111
Figura 4.9 Ubicación de sitios de pruebas 116
Figura 4.10 Imagen tomográfica sobre la región de Europa 122
Tabla Descripción Página
Tabla 1.1 Nombres y números de frecuencias para un GNSS 12
Tabla 1.1.5.1 Características principales de los sistemas GPS, GLONASS, Galileo 21
Tabla 2.1 Sistemas de error GNSS 29
Tabla 3.1 Dependencias del TEC 67
Tabla 3.2 Retardos ionosféricos. 70
Esquema Descripción Página
Esquema 4.1 Sistema de Aumentación Basado en Satélites SBAS 109
Gráfica Descripción Página
Gráfica 1.1 Distribución de aplicaciones en los sistemas GNSS 25
Gráfica 1.2 Bases instaladas de dispositivos GNSS por región 27
Gráfica 4.1 Resultados de la densidad electrónica y altura 99
Gráfica 4.2 MAR 6 123
Gráfica 4.3 GOPE 124
Gráfica 4.4 VILL 125
Gráfica 4.5 ANKR 126
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XIII | Página
“INTRODUCCIÓN”
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XIV | Página
INTRODUCCIÓN
El funcionamiento de un Sistema de Navegación por Satélite involucra distintos
segmentos, el segmento espacial envía la señal que recibe de los segmentos de
control y usuario. El segmento de control recibe la señal del segmento de espacio,
monitoriza y actualiza la información enviando correcciones a los satélites, por último
el segmento de usuario recibe la información procedente del segmento espacial y
calcula su posición.
El objetivo principal del Sistema de Navegación Global por Satélite es la localización
en tiempo real de un receptor en la tierra, mar o aire, está diseñado para ser
accesible a millones de usuarios militares y civiles en todo el mundo, algunos países
tienen su propia versión GNSS.
Cuando se necesita conocer la posición es necesario obtener dos parámetros que es
la posición del satélite y el reloj, esta información la toma la señal que envía el
satélite hacia el receptor en la Tierra. La posición de los satélites es conocida por el
receptor, el receptor GNSS mide la distancia de los satélites y usa esa información
para calcular la posición. La distancia se calcula cuando se conoce el tiempo que
tarda la señal en llegar del satélite al receptor en la Tierra, tomando en cuenta que la
señal que envía el satélite viaja a la velocidad de la luz.
Para tener una mayor precisión en el posicionamiento se necesitan cuatro satélites,
con tres satélites se puede calcular la posición en tres dimensiones, cuando se
tienen cuatro satélites se eliminan los errores de sincronismo.
La precisión tan grande que ofrece este sistema permite que tenga una gran
variedad de aplicaciones en diferentes ramas, en la rama ferroviaria para el
seguimiento de la localización de locomotoras y vagones de ferrocarril, conociendo la
localización precisa de los rieles se reducen accidentes, retardos y costos de
operación, en la aviación el sistema se utiliza para la navegación aérea desde la
salida, el trazo de la ruta, hasta el aterrizaje. En la transportación marina el GNSS es
usado para determinar la posición de los barcos cuando están en mar abierto y
cuando están maniobrando en puertos congestionados
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XV | Página
En el primer capítulo de este trabajo se describe de forma general el funcionamiento
del GNSS, los métodos que se utilizan para determinar la posición de un receptor, la
descripción de los diferentes sistemas de posicionamiento que existen en el mundo,
la amplia gama de servicios que ofrece este sistema y sus aplicaciones en la vida
cotidiana para el ser humano.
En el capítulo 2 de este trabajo se presentan algunas de las principales fuentes de
error que afectan a la señal de los satélites GNSS hacia los receptores en la Tierra,
provocando una mala determinación de la posición en tiempo real.
En el capítulo 3 de este trabajo se describe la capa más importante en este trabajo
que es la ionosfera, provocando la principal fuente de error en la señal del satélite. La
actividad solar va formando las capas ionosfericas, la variación de estas capas es
según el ciclo solar, la época del año y la hora del día o la noche, también la
temperatura en la ionosfera varía según la altura.
En el capítulo 4 de este trabajo se presentan varios modelos para la corrección del
error causados por la ionosfera, estos modelos sirven para estimar la cantidad de
electrones que se encuentran en la ionosfera, conociendo estos parámetros se
puede estimar el retardo que se produce en la señal, calculando con mayor precisión
la posición del receptor, utilizados por los sistemas de aumentación.
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XVI | Página
“JUSTIFICACIÓN”
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XVII | Página
JUSTIFICACIÓN
El GNSS se describe brevemente y los errores que circundan este sistema tanto para
la señal que envía el satélite como la señal que llega al receptor. Así como las bases
para entender la presencia de la ionosfera en este sistema. Por último hay una
descripción para subsanar la afectación de la ionosfera llamado modelo de
corrección.
Para que el sistema pueda determinar la posición con gran precisión, la señal que
envía el satélite no debe de llegar al receptor con errores, existen varias fuentes de
error, la fuente de error más importante es el retardo que provoca la ionosfera, por el
contenido total de electrones que actúa como un medio dispersivo que afecta la
señal del satélite.
La tecnología GNSS se está integrando en equipos tales como excavadores,
niveladores, pavimentadoras, y maquinaria agrícola para mejorar la productividad en
la operación en tiempo real de este equipo.
Este estudio está enfocado para auxiliar a Ingenieros, técnicos, egresados e
interesados en la descripción del error introducido por la ionosfera en los sistemas de
navegación GNSS.
CAPÍTULO 1 | “Sistema de
Navegación GNSS”
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2 | Página
1.1 Componentes GNSS
Se define GNSS, como el conjunto de Sistemas de Navegación Global por
Satélite, como son el NAVSTAR, GLONASS, GALILEO, COMPASS BEIDOU,
algunos operan en forma regional como lo son el QZSS e IRNSS. Es decir los
sistemas son capaces de dotar en cualquier punto y momento el
posicionamiento espacial y temporal. Las siglas GNSS (del inglés Global
Navigation Satellite System – Sistema de Navegación Global por Satélite), fue
creada por una de las instituciones que forman parte de las naciones unidas la
ICAO (del inglés International Civil Aviation Organization – Organización
Internacional para la Aviación Civil), que lo definió de la siguiente forma:
GNSS es un sistema de cobertura global para determinar la posición y el tiempo,
que puede estar formado por una o más constelaciones de satélites, por
receptores aeronáuticos, un sistema de monitoreo de la señal y complementado
con los sistemas de aumentación necesarios para dar soporte a las diferentes
operaciones y maniobras que habitualmente se realizan en la navegación aérea
como se muestra en la figura 1.1 [2].
El GNSS consiste en tres principales tecnologías de satélite: GPS, GLONASS y
Galileo. Cada uno de ellos consiste principalmente en tres segmentos:
(a) Segmento espacial
(b) Segmento de control
(c) Segmento de usuario
Como se muestra en la figura 1.2. En las tres tecnologías de satélites estos
segmentos son similares, todos juntos componen el GNSS. La tecnología satelital
completa está representada por la tecnología GPS y la mayoría de las
aplicaciones en todo el mundo ya existentes relacionadas con la tecnología GPS.
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3 | Página
Figura 1.1 Sistema de posicionamiento de cobertura global [18].
La tecnología GNSS se ha consolidado a partir de la operación de Galileo y la
reconstrucción de GLONASS [22].
Figura 1.2 Segmentos GNSS.
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1.1.1 Segmento del espacio
Los segmentos espaciales consisten en satélites GNSS en órbita alrededor de
20,000 km por encima de la Tierra, como se ilustra en la figura 1.3. Cada GNSS
tiene su propia "constelación" de satélites, dispuestas en órbita para proporcionar
la cobertura deseada [6].
Figura 1.3 Segmento del espacio
Actualmente hay en órbita alrededor de 31 satélites GPS, entre los operativos y
los de reserva. Cada satélite tiene una vida aproximada de diez años y se van
sustituyendo continuamente los satélites obsoletos con unos nuevos y mejorados
para mantener operativa la constelación.
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Los satélites siguen una órbita no geoestacionaria y casi circular de un radio de
26.560 Km, a una altura aproximada de la superficie de la tierra de 20.200 Km. La
velocidad de los satélites es de unos 3.218 Km/h, esta velocidad les permite dar
dos veces la vuelta al planeta cada 24 horas. Cada satélite invierte 11 horas y 58
minutos en dar una vuelta completa a la tierra. Las órbitas de los satélites se
distribuyen en seis planos orbitales, inclinados 55° respecto del ecuador terrestre,
cada plano orbital contiene 4 satélites operativos más uno de reserva.
El diseño de estas órbitas asegura que desde cualquier punto de la Tierra y en
cualquier momento un receptor pueda recibir la señal de cuatro satélites como
mínimo.
GPS ofrece dos servicios mediante dos señales diferentes, un servicio de carácter
civil y otro de carácter militar:
(a) El servicio SPS (Stándar Positioning Service) servicio de posicionamiento
estándar, contiene la señal de uso civil. Se emite en abierto y cualquier
receptor GPS puede utilizarlo. Es la señal que usan los receptores y
navegadores GPS, que tan populares son hoy en día integrados en los
teléfonos inteligentes o en los navegadores de los coches.
(b) El servicio PPS (Precise Positioning Service) servicio de posicionamiento
preciso, contiene la señal de uso militar. Está reservado al ejército y a la
administración de E.U.
Cuando el sistema se puso en marcha en sus orígenes, se insertaban errores
variables de tiempo a la señal civil (SPS) para crear imprecisión en los receptores
de uso civil. La máxima precisión quedaba restringida de esta manera para ser
obtenida por los receptores de uso militar.
Cada satélite transmite dos señales de radio portadoras en la banda L moduladas
con la técnica del espectro disperso del inglés (Spread Spectrum). Estas señales
se conocen como L1 y L2 [2].
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6 | Página
1.1.2 Constelaciones GNSS actuales y previstos
Los GNSS son constelaciones de satélites diseñados para proporcionar
información de posicionamiento y sincronización para los usuarios en la Tierra o
en el espacio. Actualmente, el GNSS más utilizado ampliamente es el GPS. El
sistema fue diseñado y realizado por el Departamento de Defensa de los EE.UU. y
desde que fue encargado, se ha ampliado de manera que pocos habrían predicho.
Además de las aplicaciones militares, han aparecido un gran conjunto de usuarios
y aplicaciones del sector comercial y público.
Una exhaustiva lista representativa de tales aplicaciones incluye: la colocación de
los receptores GPS en boyas oceánicas para medir la altura de las olas y la
dirección, el seguimiento de las deformaciones de la corteza de la Tierra y la
detección de la atmósfera usando técnicas de ocultación.
Además del GPS, el GNSS es otro sistema que está en pleno funcionamiento, otro
sistema que apareció recientemente es GLONASS de la Federación Rusa.
GLONASS mantuvo una constelación completa de 24 satélites, el cual fue
reducida de diez a ocho satélites de trabajo en 2001. En los últimos años, la
incertidumbre sobre el futuro del sistema GLONASS ha limitado la demanda y la
disponibilidad de receptores para procesar las señales. Mientras que no esté claro
cuál será el futuro de GLONASS, en la actualidad parece que hay un
resurgimiento en la disponibilidad de las señales GLONASS y los receptores que
pueden procesar las señales [5].
A pesar de la popularidad de los GPS, muchos usuarios están interesados en
sistemas alternativos. Esto está motivado en parte por el hecho de que el GPS es
un sistema operado y controlado por el Departamento de Defensa de EE.UU.
Algunos usuarios pueden conservar una capacidad de navegación distinta al
GPS.
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La constelación GALILEO es el esfuerzo europeo para proporcionar una
alternativa y un complemento a los GPS. El primer satélite GALILEO fue lanzado
en diciembre de 2005 y transmitió señales de prueba poco después. La
constelación Galileo se convirtió en operativo a partir del 2010. Además del GPS y
GALILEO hay otros sistemas que componen el GNSS, tales como el GLONASS
sistema de posicionamiento de Rusia y COMPASS, diseñado e implementado por
China y actualmente cuenta con una base de usuarios cada vez mayor en esa
región. El COMPASS actualmente se encuentra en fase de validación, en está
órbita (IOV), empezó su funcionamiento en la región Asia-Pacífico desde el año
2010. Numerosos lanzamientos adicionales fueron programados para contar con
una Constelación Completamente Operativa (FOC) de 5 satélites geoestacionarios
y hasta 30 satélites de órbita terrestre en medida que proporcionan una cobertura
global [5].
1.1.3 Señales GNSS
El total de las señales GLONASS, GPS y Galileo conforman las señales GNSS.
Para cada sistema de satélites la señal tiene características específicas, cada
sistema intenta ser compatible con los otros a fin de evitar las interferencias y la
atenuación entre las señales. Es importante tener en cuenta que el tratamiento de
todas las señales debe realizarse con el mismo tipo de receptor, por lo tanto el
diseño y construcción de un receptor es complejo. El plan de frecuencias GNSS
deberá respetar los reglamentos de radio a medida que se discutieron y acordaron
en foros de la UIT. El espectro disponible que se puede utilizar en el desarrollo de
SRNS (Sistemas de Radionavegación por Satélite) se muestra en la figura 1.4 [22].
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Figura 1.4 Sistemas de radio navegación por satélite, Espectro de frecuencias definidas para
GNSS [38].
Los satélites del sistema GPS transmiten su información principalmente en dos
frecuencias de uso civil que son L1 y L2, más el mensaje de navegación que está
asociado a los códigos asignados como son el código de Adquisición
Aproximativa (C/A) y Código de Precisión (Código P). En la frecuencia L1 sólo se
transmite en la portadora el código de Adquisición Aproximativa o Código (C/A) y
en la frecuencia L2 se transmite en la portadora con el Código de Precisión o
(Código P), el código P que empezó con la generación del Bloque IIR-M
(Segundo Remplazo Modernizado) de satélites GPS. El código C/A es utilizado
por los receptores civiles para localizar la posición. El código se utiliza para
determinar la pseudodistancia (la distancia evidente para el satélite), que se utiliza
entonces por el receptor GPS para determinar la posición. El código C/A es más
robusto en comparación con el código P. El código P es más preciso, pero está
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encriptado en el Código Y (por algo llamado anti-Spoofing) y no puede ser
decodificada sin tener una clave para el cifrado. Esto no está disponible para
usuarios civiles. La frecuencia L5 está disponible sólo para demostración en un
satélite GPS. Con la señal L5 se piensa la modernización del GPS, los beneficios
de la señal L5 cumplen con los requisitos críticos de seguridad para las
aplicaciones necesarias de la vida diaria, tales como la aviación civil, también tiene
beneficios como: Mejora de la corrección ionosférica, redundancia de la señal,
mejora de la precisión de la señal, mejora el rechazo a la interferencia [11]
Los satélites del sistema GLONASS, contiene un sistema de doble uso, para
proporciona una señal de alta precisión para uso militar y una señal de precisión
estándar para el uso civil de manera gratuita. Para una mejor distinción del GPS,
las frecuencias de las portadoras se indican utilizando la letra G en lugar de la
letra L en el sistema GLONASS y la tercera frecuencia de la portadora se describe
como G3. GLONASS implementa la técnica de Acceso Múltiple por División de
Frecuencias (FDMA) a diferencia de otras señales de otros satélites. De esta
manera las señales GLONASS son más resistentes a las interferencias de banda
estrecha y además de la correlación cruzada entre las distintas señales
GLONASS. Cada satélite GLONASS proporciona continuamente señales de
navegación. Con el código C/A (también indicado como código-S) para uso civil y
la alta precisión de la señal, es decir, el código P, en dos sub bandas de la banda
L, denotadas como G1 y G2. El código C/A se transmite solo sobre la portadora
G1, mientras que el código P es modulada tanto en G1 y G2. En el curso de la
modernización del sistema GLONASS se ha añadido una norma para la precisión
de la señal en G2 en los satélites M-GLONASS. El código C/A de GLONASS tiene
una longitud de onda efectiva de unos 600 metros y el valor respectivo del código
P es de unos 60 m [11].
Los satélites del sistema Galileo el rango de sus frecuencias está designado
específicamente para propósitos civiles y comerciales para los servicios
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ferroviarios, conducción de automóviles o el control del tráfico aéreo, etc.).El
sistema Galileo usa 10 radiofrecuencias divididas en esta forma:
(a) 4 frecuencias en el rango de 1164 -1215 MHz (E5A-E5B)
(b) 3 frecuencias en el rango de 1260 -1300 MHz (E6)
(c) 3 frecuencias en el rango de 1559 – 1591 MHz (L1)
Debido a las divisiones de frecuencia los usos multimodales se presentan con 5
servicios y con sus respectivas frecuencias como lo son:
(a) Servicio Abierto (OS) con las frecuencias E5A, E5B, E1.
(b) Servicio para Aplicaciones Críticas (SoL) con las frecuencias E5A, E5B, E1.
(c) Servicio Comercial (CS) con la frecuencia E6.
(d) Servicio Público Regulado (PRS) con frecuencias E6 y E1.
(e) Servicio de Salvamento, Búsqueda y Rescate (SAR) [7].
La función principal en el receptor con respecto a una señal proveniente de un
satélite es la reconstrucción tanto de las portadoras como la extracción de códigos
y mensajes de navegación. En particular, la adquisición de código puede ser muy
crítica, porque es la primera operación realizada por el receptor para poder medir
la distancia del receptor al satélite, se puede realizar de distintas formas como lo
es la (Pseudodistancia o Código), (Diferencia de fase o Fase), o mediante
(Medición por cuenta Doppler), el receptor cuenta las coordenadas en cada
instante de los satélites a su alcance. Teniendo los datos de las distancias y las
coordenadas de los satélites a través de la intercesión se encuentran las
Aplicaciones espaciales: Los receptores GPS han demostrado ser una
herramienta muy valiosa a bordo de los satélites que orbitan la Tierra. Se han
utilizado principalmente en satélites de Órbita Terrestre Baja (LEO), pero su uso
está actualmente en expansión en los vehículos espaciales que funcionan en las
zonas altas. En aplicaciones espaciales, el GPS tiene el potencial para ser
utilizado como un sensor de determinación de altitud [55].
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Agricultura, silvicultura y exploración de recursos naturales: Los dispositivos GNSS
utilizados para la guía de tractor, dirección automática, gestión de activos. Estas
diversas aplicaciones incluyen el monitoreo geológico, la gestión forestal, la
minería y la explotación petrolera. Estas aplicaciones combinan a menudo las
mediciones de campo GNSS con las herramientas del sistema de información
geográfica para producir exactitud, mapas regionales para el seguimiento y la
gestión de recursos.
Geodesia y topografía: Esta aplicación es quizá el mejor ejemplo de los beneficios
directos que han resultado de la disponibilidad pública de las señales GPS.
Geodesia, las aplicaciones requieren información de posicionamiento de precisión
a nivel de centímetro o milímetro e incluyen aplicaciones como el seguimiento de
los movimientos de las placas de la corteza de la Tierra o plataformas de hielo. Del
mismo modo, la topografía GNSS se ha generalizado y regularmente tiene
requisitos de precisión más relajadas.
Aplicaciones científicas: Además de la geodesia y la topografía se intenta utilizar el
GPS en una serie de campos de investigación científica. Estos incluyen el uso de
señales GPS para la teledetección de los estudios ambientales, del espacio y
tiempo. En la gráfica 1.1 se ilustra el porcentaje de estas aplicaciones [55].
Si bien lo anterior no es de ninguna manera una lista exhaustiva de las
aplicaciones que muestra la utilidad y versatilidad de GNSS. Un área de aplicación
amplia y rápida de expansión es el de las normas de sincronización y de
frecuencia. En esta aplicación se usa el tiempo basado en GNSS para sincronizar
grandes redes de telecomunicaciones. La utilidad y versatilidad aumenta más si se
tiene en cuenta la fusión de GNSS con otros sensores complementarios. Esto no
sería posible para las aplicaciones sólo con GNSS. Este incremento en el
rendimiento puede ocurrir en una de las siguientes maneras:
(a) Los otros sensores complementarios pueden proporcionar una velocidad o
una solución de sincronización de posición cuando las señales GNSS no están
disponibles o son de mala calidad [18].
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25 | Página
(b) La información de los otros sensores complementarios mejora la robustez y
precisión de la capacidad de los receptores del GNSS para rastrear las
señales. Es decir, la información de los otros sensores se puede utilizar para
afectar la forma en un receptor GNSS que procesa las señales de satélite
recibidas [5].
Gráfica 1.1 Distribución de aplicaciones en los sistemas GNSS [55].
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26 | Página
1.6.1 Crecimiento del sistema GNSS
En la próxima década, la base instalada de dispositivos GNSS aumentará casi
cuatro veces, impulsado en gran medida por el aumento de la penetración en
regiones fuera de Europa y América del Norte. Para el año 2022 se tendrá un gran
número de dispositivos, casi un receptor GNSS por cada persona en el planeta,
tiene el potencial de ofrecer importantes beneficios adicionales, especialmente en
términos de ahorro de tiempo y batería, así como aumento de la eficiencia.
Se espera que el número de dispositivos GNSS aumente en Europa y América del
Norte de 1 a 3 por habitante durante la próxima década, los servicios basados en
la localización. Para el resto del mundo, el rápido crecimiento verá un aumento de
1 dispositivo por cada 10 habitantes a 1 por cada 2 habitantes durante la próxima
década, como se muestra en la gráfica 1.2.
Los teléfonos inteligentes dominan los ingresos mundiales GNSS y se están
expandiendo en otros segmentos de mercado. Las nuevas capacidades de un
teléfono inteligente y los dispositivos LBS apoyan cada vez más la navegación y
servicios en otras aplicaciones.
Está previsto que los LBS tengan un mayor ingreso que en el segmento de
mercado por carreteras, donde el mercado del PND sigue disminuyendo, siendo
desplazado por el uso de los teléfonos inteligentes en los coches. Los dispositivos
LBS también se están utilizando cada vez más, generalmente en aviación y en la
marina. Las nuevas aplicaciones se introducen y los consumidores continuamente
han comenzado a apreciar las capacidades de LBS en su vida cotidiana [55].
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27 | Página
Gráfica 1.2 Bases instaladas de dispositivos GNSS por región.
Los precios competitivos han hecho que los teléfonos inteligentes sean más
accesibles y la cuota de mercado está aumentando en comparación con los
teléfonos móviles tradicionales sin capacidad GNSS que conduce a un aumento
en la penetración de GNSS, especialmente en los países que tienen ingresos más
bajos [55].
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28 | Página
CAPÍTULO 2 | “Errores en
GNSS”
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29 | Página
2.1 Errores de datos
Los errores que se muestran en la tabla 2.1 afectan la precisión de la
determinación de la pseudodistancia GNSS estándar, es decir, la determinación
de la pseudodistancia de los 4 o más satélites se ve afectada por cada parámetro
de la tabla [6].
Tabla 2.1 Sistemas de error GNSS
Fuente de contribución Rango de error
Retardo ionosférico ± 5 𝑚
Retardo troposférico ± 0.5 𝑚
Múltiples trayectos ± 1 𝑚
Error de orbita ± 2.5 𝑚
Reloj del satélite ± 2 𝑚
Error en el receptor ± 0.3 𝑚
Los errores GNSS normalmente se agrupan en seis clases:
(a) Ionosférico: Los errores en la corrección de las mediciones de pseudodistancia
son causados por efectos ionosféricos (electrones libres en la ionosfera).
(b) Troposféricas: Los errores en las correcciones de mediciones virtuales
causada por efectos de la troposfera; temperatura, presión, humedad contribuyen
a variaciones en la velocidad de la onda.
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30 | Página
(c) Múltiples rutas: Los errores causados por señales reflejadas que entran en la
antena del receptor.
(d) Efemérides: Errores en datos de efemérides de los parámetros transmitidos en
los mensajes de navegación por satélites de las verdaderas posiciones.
(e) Reloj del satélite: Errores de reloj en la transmisión de datos por el GNSS.
(f) Errores en el receptor: El rango de errores en las mediciones de los receptores
causado por ruido térmico, la exactitud de software y los voltajes de polarización
entre canales [6].
2.2 Errores por la propagación ionosférica
En un sistema de comunicaciones satelitales, la señal siempre atraviesa la
ionosfera esta por sus características afecta a la señal de diferentes maneras. La
ionosfera es un medio de dispersivo que produce en la señal un índice de
refracción distinto en el periodo que tarda en atravesar esta capa, este índice de
refracción depende de su frecuencia, por lo tanto una señal que atraviesa la
ionosfera sufre una distorsión provocada por el desfasamiento de sus
componentes espectrales. De este modo, las señales que viajan a través de este
medio son afectadas. Como la ionosfera es un medio dispersivo, las señales
GNSS refractadas dependen de sus frecuencias (como la inversa al cuadrado).
Dando como resultado que la velocidad de grupo y la velocidad de fase se vean
involucradas con el índice de refracción en la ionosfera generando un retardo en
la señal. En el vacío la velocidad de fase y la velocidad de grupo son lo mismo,
pero en las condiciones reales, este no es el caso. En un medio dispersivo, la
velocidad de propagación de una onda electromagnética depende de su
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31 | Página
frecuencia. Según el medio, las velocidades de propagación de una onda
sinusoidal y un conjunto de ondas son diferentes. La velocidad de propagación de
una onda sinusoidal es la tasa a la cual la fase de la misma señal se propaga en el
espacio con una longitud de onda uniforme es la velocidad de fase, mientras que
la velocidad de propagación de la onda en grupo se refiere como velocidad de
grupo donde la velocidad de fase se define por la velocidad angular de la onda
definida por 𝜔 y del vector de onda 𝑘 por la relación:
𝑣𝑝ℎ = 𝜔
𝑘 (2.1)
Se puede diferenciar que la velocidad de fase no es igual a la velocidad de
grupo. La velocidad de grupo de una onda es la tasa a la cual viaja la energía
almacenada en la onda es decir las variaciones en la forma de la amplitud de la
onda (también llamada modulación o envolvente) se propaga en el espacio
definida por la siguiente ecuación[52]:
𝑣𝑔𝑟 = 𝑑𝜔
𝑑𝑘 (2.2)
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Estas ecuaciones sirven para describir el efecto de retardo producido por la
ionosfera [19].
La característica de la propagación de una onda electromagnética en el espacio se
define por su frecuencia y longitud de onda. La ionosfera produce un plasma
ionizante de electrones libres que actúan como un medio dispersivo para
señales GNSS, donde la ubicación particular de la ionosfera en la Tierra está
alternadamente iluminada por el Sol y en consecuencia, la característica de la
exposición de la ionosfera ante el Sol es una variación diurna en el que la
ionización suele ser máxima a las 2 la tarde y mínima un par de horas después de
medianoche como se muestra en la figura 2.1, con el fin de ilustrar este efecto se
presentan la ionosfera como un capa única variante del día y de la noche, donde
se aproxima más al plano terrestre y en la noche se convierte en una capa muy
tenue de forma lejana a la Tierra. Otras variaciones en la ionosfera son el
resultado de cambios en la actividad solar.
Figura 2.1 Variación diurna y nocturna de la ionosfera [19]
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El principal efecto de la ionosfera en las señales GNSS es cambiar la velocidad de
propagación de la señal, en comparación con el espacio libre. La modulación de la
señal (el código y el flujo de datos) se retrasa, mientras que la fase de la portadora
se adelanta por la misma cantidad. En la medida de la pseudodistancia que se
utiliza para medir la distancia entre receptores y satélites, la pseudodistancia
puede ser de código o fase. Una pseudo-distancia se representa en la figura 2.2
[41].
Donde la diferencia entre el código recibido por el satélite es diferente al código
generado por el receptor esta diferencia se conoce como pseudodistancia y
algunos autores lo consideran como retardo [19].
Figura 2.2 Pseudodistancia [16]
La magnitud del error es directamente proporcional al Contenido Total de
Electrones (TEC). El TEC varía por la no homogeneidad espacial de la ionosfera.
Estas variaciones temporales son causadas no sólo por la dinámica de la
ionosfera, sino también por los rápidos cambios en la trayectoria de propagación
debido al movimiento del satélite, así como se tienen diferentes retardos debido a
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los fenómenos naturales del día y la noche. El retardo de la señal de un satélite
al receptor en el cenit varía típicamente aproximadamente 1m por la noche y de 5
a 15m durante la tarde. El retardo es considerablemente menor en la noche que
en el día, en los ángulos de baja altitud la trayectoria de propagación a través de
la ionosfera es mucho más larga, por lo que los retrasos típicos correspondientes
pueden aumentar hasta varios metros por la noche y por lo tanto como 50 m
durante el día [10].
2.3 Errores en la propagación troposférica
Para poder entender este error se debe recordar que la troposfera es una subcapa
de la atmósfera que está en contacto con toda la superficie terrestre, es decir la
primera subcapa que se encuentra hacia la salida al espacio exterior. Esta
subcapa es mucho menos densa en las capas polares (zonas de latitudes altas) y
es mucho mayor en el ecuador (latitudes bajas). La altura varía en función del año,
es más alta en verano y más estrecha en invierno, esta es la que contiene el
mayor porcentaje de la masa total que todas las demás capas. Se caracteriza por
el cambio de temperatura conforme cambia la altura, la temperatura y el contenido
en vapor de agua disminuye rápidamente con forme la altitud [20].
El efecto de la troposfera en las señales GNSS aparece como un retardo adicional
en la medición de la señal que viaja desde el satélite al receptor. Este retardo
depende de la temperatura, la presión, la humedad, así como la ubicación del
transmisor y receptor de las antenas por la siguiente expresión
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Δ =∫(𝑛 − 1)𝑑𝑙 𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎 𝑟𝑒𝑐𝑡𝑎 (2.3)
Que se puede escribir como:
𝑇 = ∫(𝑛 − 1)𝑑𝑙 = 10−6 ∫ 𝑁𝑑𝑙 (2.4)
Donde n es el índice de refracción del aire y N=10−6(𝑛 − 1) es la refractividad. La
refractividad se puede dividir en componente hidrostática (gases secos
principalmente N2 y O2) y componente húmeda es decir, vapor de agua,
componentes N = 𝑁ℎ𝑖𝑑𝑟𝑜𝑠𝑡𝑎𝑡𝑖𝑐𝑎 + 𝑁𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎
Cada uno de estos componentes tiene diferentes efectos sobre las señales GNSS.
La principal característica de la troposfera es que es un medio de comunicación
no dispersivo con respecto a las ondas electromagnéticas de hasta 15 GHz, es
decir, los efectos de la troposfera no son dependientes de la frecuencia de señales
GNSS. Por esto que, las mediciones de fase de portadora y de código se ven
afectadas por el mismo retardo.
Una consecuencia inmediata de ser un retraso no dependiente de la frecuencia es
que la refracción troposférica no se puede quitar por combinaciones de
mediciones de frecuencia doble (como se hace con la ionosfera).De aquí que, la
única manera de mitigar los efectos de la troposfera es usar modelos para su
estimación a partir de datos observacionales. Sin embargo, afortunadamente, la
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36 | Página
mayor parte de la refracción troposférica (aproximadamente del 90%) proviene de
la componente hidrostática y es predecible.
La troposfera no es dispersiva para las frecuencias GNSS, por lo que el retraso no
es dependiente de la frecuencia en esta capa. En contraste con la ionosfera, el
retardo del trayecto causado por la troposfera es por consiguiente el mismo para
componentes de la señal de código y de la portadora. Por lo tanto, este retraso no
se puede medir mediante el uso de ambas mediciones de pseudodistancia de L1 y
L2 o bien modelos y/o técnicas diferenciales que se utilizan para reducir el error[54].
El índice de refracción de la troposfera (retraso troposférico) consiste en la
componente hidrostática y húmeda. Para conocer estos componentes se describe
sobre la atmósfera, sus efectos de componentes secos y húmedos sobre las
señales GNSS:
(a) Componente hidrostática o seca representa un error del 90% del retardo
troposférico ya que varía con la temperatura y la presión atmosférica de una
manera fácil de modelar ya que su variación a lo largo del día es muy pequeña. El
retardo de la componente hidrostática es causada por los gases secos presentes
en la troposfera (78% N2, 21% de O2, 0.9% de Ar). Su efecto varía con la
temperatura local y la presión atmosférica de una manera bastante predecible,
además que su variación es menor que el 1% en unas pocas horas. El error
causado por este componente es de unos 2,3 metros en la dirección del cenit y 10
metros para las elevaciones más bajas.
(b) Componente húmedo representa el 10% del retraso a causa del vapor de agua
y el agua condensada en las nubes aquí depende de muchas condiciones
meteorológicas y esta componente húmeda varía rápidamente como se muestra
en la figura 2.3. El retraso del componente húmedo en este caso es de algunas
decenas de centímetros, pero este componente varía más rápido que el
componente hidrostático y de una manera aleatoria, siendo muy difícil de modelar
[32].
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Figura 2.3 Retraso troposférico por componentes húmedas
Con el conocimiento de la temperatura, la presión y la humedad a lo largo de la
trayectoria de la propagación se puede determinar el perfil de refractividad, tales
medidas están rara vez disponibles para el usuario. Estos modelos atmosféricos
estándar se basan en las leyes de los gases ideales, en las capas atmosféricas
de refractividad constante sin variación temporal y una altura atmosférica efectiva
de unos 40 km. La estimación de retraso seco puede ser mejorada
considerablemente si las mediciones de presión de la superficie y de temperatura
están disponibles. El componente de retardo troposférico debido al vapor de agua
(en altitudes aproximadamente de 12 km) es mucho más difícil de modelar porque
hay una considerable variación espacial y temporal de vapor de agua en la
atmósfera. El retraso en húmedo es sólo de 5 a 30 cm en latitudes medias [10].
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38 | Página
2.4 El problema de la trayectoria múltiple
La propagación por trayectos múltiples de la señal GNSS es una fuente dominante
de error para el posicionamiento, especialmente en arquitecturas diferenciales
GNSS. Los objetos en la vecindad de una antena receptora (en particular el suelo)
pueden reflejar fácilmente las señales GNSS como se muestra en la figura 2.8,
resultando en una o más trayectorias de propagación secundarias. Estas señales
de ruta secundaria se superponen a la señal de vía directa deseada, siempre
tienen un tiempo de propagación más largo y pueden distorsionar
significativamente la amplitud y fase de la señal de vía directa [34].
Los errores debido a trayectos múltiples no se pueden reducir mediante el uso del
GNSS diferencial ya que dependen de la reflexión, de la geometría local cerca de
cada antena receptora como lo es R3 de la figura 2.4. En un receptor sin la
protección de trayectos múltiples el código de error C/A puede experimentar
errores que van de 10 m o más. Las múltiples rutas no sólo pueden causar
grandes errores de código también pueden afectar seriamente el proceso de
resolución de la ambigüedad necesaria para la fase de la portadora que oscila tal
como es utilizado en aplicaciones de precisión [32].
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39 | Página
Figura 2.4 Errores de reflexión de la geometría local y vecindad de trayectorias múltiples
La propagación por trayectos múltiples se puede dividir en dos clases: estáticas
como lo es el receptor R3 y R1 de la figura 2.8 y dinámicas como lo es el receptor
R2 de la figura 2.8. Para un receptor estacionario, la geometría de propagación
cambia lentamente a medida que el satélite se mueve cruzando el cielo, por lo que
los parámetros de trayectoria múltiple esencialmente son constantes, quizá tarda
varios minutos. Sin embargo, en aplicaciones móviles puede haber fluctuaciones
rápidas en fracción de segundos [10].
En la propagación de trayectoria múltiple, una o múltiples reflexiones y la
difracción de la señal transmitida puede ocurrir en diferentes superficies, por
ejemplo, el océano, la tierra, la nieve, el hielo, la vegetación y el aceite, los
procesos de reflexión son diferentes. En el caso de la reflexión del campo
incidente, los coeficientes de reflexión indican lo mucho que el campo reflejado
será atenuado y cómo se deforma el estado de polarización del campo incidente.
La señal de trayectos múltiples depende de cuatro parámetros, la longitud de onda
del GNSS, la relación de la amplitud de la onda reflejada con respecto a la onda
directa, el ángulo de elevación del satélite GNSS y la altura de la antena GNSS.
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40 | Página
2.5 Errores de datos efemérides
Existen tres conjuntos de datos que están disponibles para determinar los vectores
de posición y velocidad de los satélites en un marco de referencia terrestre en
cualquier instante: los datos de almanaque, emisión de efemérides, y efemérides
precisas. Los datos difieren en la precisión y están disponibles ya sea en tiempo
real o con un cierto retraso (es decir, la latencia).
Pequeños errores en los datos de efemérides transmitidos por cada satélite
causan errores correspondientes en la posición calculada por el satélite (aquí se
excluye el componente de error de efemérides, que es considerado como una
fuente de error separada). Las efemérides del satélite son determinadas por la
estación de control maestro del segmento de Tierra GNSS, basado en el
seguimiento de las señales individuales por cuatro estaciones de monitoreo.
Debido a la ubicación de estas estaciones precisamente se conoce un proceso de
posicionamiento “invertido” que puede calcular los parámetros de la órbita de los
satélites como si fueran usuarios. Este proceso es ayudado por relojes de
precisión en las estaciones de control mediante el seguimiento, durante largos
periodos de tiempo con un procesamiento óptimo del filtro. Basado en las
estimaciones de los parámetros orbitales obtenidos, la estación de control maestro
carga los datos de efemérides para cada satélite, luego transmite los datos a los
usuarios a través del mensaje de datos de navegación. Los errores en la posición
del satélite son calculados a partir de los datos de efemérides suelen dar lugar a
errores aproximadamente de 2.1 m [10].
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41 | Página
2.6 Errores del reloj en el satélite
La sincronización de la transmisión de la señal de cada satélite se controla
directamente por su propio reloj atómico sin ninguna corrección aplicada. Este
período es llamado tiempo de Vehículo Espacial (SV). Aunque los relojes atómicos
de los satélites son muy precisos, los errores pueden ser lo suficientemente
grandes que requieren corrección. La corrección es necesaria en parte debido a
que sería difícil sincronizar directamente los relojes en todos los satélites
cercanos. En cambio, a los relojes se les permite un cierto grado de desviación
relativa que se estima por observaciones de la estación de Tierra y se utiliza para
generar los datos de corrección del reloj en el mensaje de navegación GNSS.
Cuando el tiempo de vehículo espacial SV se corrige utilizando estos datos, el
resultado se denomina tiempo GNSS. En el momento de la transmisión el tiempo
GNSS es utilizado en el cálculo de la pseudodistancia, que es común para todos
los satélites. El error del reloj en el satélite es típicamente menos de 1 ms y varía
lentamente [10].
2.7 Errores del reloj del receptor
Debido a que la solución en la navegación incluye una solución para el error del
reloj del receptor los requisitos para la precisión de los relojes de un receptor es
mucho menos rigurosa que para relojes de los satélites GNSS. Para los relojes de
los receptores la estabilidad a corto plazo durante el período de medición de
pseudodistancia suele ser más importante que la precisión de la frecuencia. En
casi todos los casos, estos relojes son osciladores de cristal de cuarzo con
absoluta precisión en el intervalo de 1 a 10 ppm, rango típico de operación sobre
el rango de temperaturas. Cuando se diseñan adecuadamente tales osciladores
tienen estabilidades de 0,01-0,05 ppm durante un período de unos pocos
segundos [10].
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42 | Página
2.8 Generación de errores por los relojes en GNSS
El reloj del receptor no es tan preciso como el reloj atómico de hidrogeno, rubidio o
cesio de un satélite. En contraste el reloj del receptor no puede ser atómico
debido a que el costo sería demasiado grande y por razones de seguridad del
material, esto no quiere decir que los relojes de los satélites sean libres de errores,
pero la magnitud de los errores del reloj del receptor es mucho mayor. La
mayoría de estos receptores se basan en relojes de cristal de cuarzo con
exactitud de 5 partes por millón [8].
Si se multiplica la exactitud de los relojes de cuarzo por la velocidad de la luz, el
resultado de la probable precisión es de ±1500 metros siendo esto una distancia
sin más información que la del valor numérico, pero si se utiliza un segundo
satélite, se determina el rango de dos satélites, la posición calculada es
proporcional en la puntualidad como se muestra en la figura 2.5, donde el rango
actual del satélite B y la pseudo-distancia del satélite B se intersectan con el
rango actual A y la pseudo-distancia del satélite A, la posición del objeto sigue
siendo inexacta debido a que sigue existiendo un error causado por la inexactitud
del reloj del receptor. La utilización de un tercer satélite hace que los pseudo-
rangos o pseudo-distancias sean intersectados y que la inexactitud sea menor en
la localización del objeto como se observa en la figura 2.6. Pero la inexactitud del
tiempo del receptor sigue causando un rango de error que se ve reflejado en la
posición. El receptor sabe que hay un error pero simplemente no sabe el tamaño
del error. Debido a que siempre el receptor sabe que la razón de las pseudo-
distancias de tres satélites no se intersecta, porque los relojes no son muy buenos.
El receptor puede ser programado para el adelanto o retardo de los relojes hasta
que las pseudo-distancias de los tres satélites convergen en un sólo punto como
se muestra en la figura 2.7. Pero esto es la situación ideal en la que una señal no
tenga ningún inconveniente, desde el momento que el satélite la transmita al
receptor y el adelanto y atraso sean los idóneos. [6].
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Figura 2.5 Error causado por la inexactitud del reloj receptor.
Debido a esto la increíble precisión o puntualidad del reloj del satélite ha sido
"transferido" hacia el reloj del receptor en la señal, eliminando el error del reloj del
receptor en la determinación de la posición.
Figura 2.6 Error causado por la inexactitud del reloj receptor con tres satélites [6].
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Pero no el error en el retardo de la señal al receptor. La técnica anterior muestra
como dentro de las dos representaciones dimensionales, el tiempo de exactitud
del receptor es eliminada y la posición determinada por medio de los rangos de
tres satélites. Cuando se extiende esta técnica a tres dimensiones se necesita
agregar el rango a un cuarto satélite.
Figura 2.7 Convergencia de pseudorangos mediante el adelanto o el atraso de los relojes del receptor.
Esta es la razón para la línea de vista para un mínimo de cuatro satélites GNSS
que son necesarios para la determinación de la posición. Sin estar exentas de un
error por la señal recibida. Debido a esto se necesitan por lo menos 4 satélites
para determinar la posición exacta, para efectuar, la idea de usar satélites en el
espacio como puntos de referencia, para que el receptor mida la distancia que
hay entre el satélite. Calculando cuánto tiempo tarda la señal enviada por el
conjunto de satélites en llegar hasta el receptor llamándose esto como GNSS
puntual o absoluto [6].
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CAPÍTULO 3 | “Ionosfera”
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3.1 Ionosfera
La ionosfera es un sistema dinámico que conforma la atmósfera la cual contiene
una altura variante, es la región más alta de la atmósfera, es el componente
ionizado de la atmósfera, su variación es la ionización y la temperatura, debido a
que posee propiedades de gases y plasma, ésta incluye la densidad electrónica
en iones y electrones libres, generalmente en igual número, en un medio
eléctricamente neutro, incluye iones positivos y negativos, existen electrones libres
y átomos neutros en un máximo de 350 km, es el resultado de la absorción de los
rayos X con longitud de onda de 8 a 20 (Å) y rayos UV (ultra-violeta) de longitud
de onda de 20 a 300 (Å) solares en la atmósfera. Debido a su constante
dependencia de distintos factores su condición de altura es variante, la ionosfera
cuenta con distintas capas como se muestra en la figura 3.1, con una
aproximación de la distancia entre ellas con respecto al centro de la Tierra.
Figura 3.1 Posicionamiento de la ionosfera respecto a otras capas.
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3.1.1 Características de la Ionosfera
La altitud de la ionosfera es variante pero se puede considerar a partir de 50 km
hasta 1000 km. Por lo general, la ionosfera es una extensión de la termosfera, es
una capa superior de la troposfera. Por lo que la ionosfera representa menos de
0,1% de la masa total de la atmósfera de la Tierra, pero tiene un gran efecto en el
circuito eléctrico global del campo magnético de la Tierra y la propagación de la
onda electromagnética.
La ionización parcial es la propiedad más importante de la ionosfera de la Tierra y
su fuente de excitación incluye principalmente la radiación solar ultravioleta con
una longitud de onda más corta que 102.7 nm, los rayos X solares, rayos
cósmicos solares, partículas energéticas, forman parte de la fuente de excitación.
A causa de las características físicas y procesos químicos responsables para la
formación de la ionosfera hay cambios en la variación de las altitudes, en general,
la ionosfera se divide en cuatro capas diferentes, D, E, 𝐹1 y 𝐹2 desde el fondo
hasta la parte superior de la ionosfera. La figura 3.2 muestra el perfil de medias
latitudes y la temperatura de la atmósfera neutra. La temperatura de la ionosfera
de la Tierra está cambiando con el aumento de la altitud. La estructura vertical y la
densidad de electrones de cada capa ionosférica se muestran en la figura 3.3 [12].
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Figura 3.2 Perfil de la temperatura atmosférica. Figura 3.3 Estructura ionosférica de verano en el día y la noche con las principales regiones de ionización [7].
3.1.2 Capas ionosféricas
La ionosfera está compuesta de diversas y cambiantes capas de aire rarificado
con partículas ionizadas que se extienden en las regiones de la atmósfera a partir
de los 50 u 80 Km de altitud. La ionosfera se distingue de las demás regiones de
aire rarificado por su gran contenido de partículas cargadas iones y de electrones
libres. La creación de estas capas de partículas de la ionosfera se extiende hasta
los 1000 Km de altitud según la intensidad de la radiación solar y todo lo que
contenga el astro. Las capas que dependen del contenido molecular y nivel de
ionización pueden variar su altitud constantemente. Incluso cuando se conocen
estas capas es posible mencionar sobre ciertas fronteras entre la capas con
separación entre ellas. Como se muestra en la figura 3.4 se puede describir su
posición, sin tener la certeza de separación y altura [2].
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Figura 3.4 Orden de las capas ionosféricas [33].
En cualquier instante pueden estar presentes en la ionosfera hasta cuatro capas
distintas de partículas ionizadas o cargadas. Cada capa está constituida por una
densidad variable de partículas cargadas, densidad que es muy intensa en el
interior de la región y que va disminuyendo hasta ser muy ligera en las zonas
exteriores. Por encima de los 400 Km de altitud el número de partículas de aire
que contiene la atmósfera ya es demasiado reducido para permitir la formación de
cualquier concentración de partículas cargadas capaz de afectar a las
radiocomunicaciones. En altitudes inferiores a los 64 Km la intensidad de la
radiación solar se ve muy reducida o significativamente atenuada por la propia
ionosfera y resta muy poco potencial para que puedan crearse partículas
cargadas.
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La capa D
Los iones de gran masa están en la capa D, contiene un nivel mínimo de
ionización. La creación de la capa D puede ser posible con el alcance de la
radiación solar de alta energía a la capa menor de la ionosfera durante todo el día
[2]. La ionización de la capa D varía con la luz solar. La baja densidad de
electrones en la capa D y la alta densidad de partículas provocan en la noche una
disminución de la ionización [6].
Capa E
La ionización de la capa E denotado como la capa de Kennelly-Heaviside es
causada por los rayos X y los rayos ultravioleta durante el día. Esta capa
comprende de 90-140 km es creada por la foto ionización de las moléculas de
O2(dioxígeno). Los iones de 𝑂2 son dominantes en la capa E, esta contienen una
alta densidad. La capa E se puede dividir en dos subcapas E1 y E2, la capa E1,
durante el día y en todas las estaciones del año existe esta subcapa E1 sobre la
atmósfera terrestre. La subcapa E2 se tiene solamente en algunos lugares, estas
son las llamadas subcapas esporádicas las cuales consisten en la formación de
pequeñas longitudes horizontales (unas decenas de kilómetros) [9].
Capa F
La capa F también llamada capa de Appleton es la que tiene un nivel máximo de
ionización, la ionización es máxima alrededor del mediodía y disminuye hacia la
puesta del Sol. Se divide en dos, la región 𝐹1 y 𝐹2, incluso los cambios en el nivel
de ionización de esta capa son constantes. En la capa 𝐹1 se puede encontrar en
mayoría moléculas de 𝑁𝑂2+ (iones óxido de nitrógeno), pero la capa 𝐹2, que incluye
𝑂2+ iones de óxido diatónico, sobre todo tiene la densidad máxima de electrones.
En la capa F la densidad de electrones empieza a decrecer cuando alcanza
alturas en donde 𝐻+ (hidrón) y 𝐻𝑒+ (iones de Helio) son iones dominantes [6].
Para que exista el inicio como el fin de estas capas se deben llevar a cabo
reacciones de recombinación molecular que se producen en la ionosfera [2].
densidad de electrones a lo largo del trayecto del rayo. Por lo tanto, para un
contenido de electrones de 5𝑥1017 el/ 𝑚2, una señal con una longitud de pulso de
1 microsegundo mantiene un retardo diferencial de 0,02 ms a 200 MHz, mientras
que en 600 MHz el retraso sería sólo de 0,00074 ms.
(d) Refracción - Cuando las ondas de radio se propagan de forma oblicua a través
de la capa de la ionosfera se someten a la refracción, que produce un cambio en
la dirección de llegada del rayo.
(e) Absorción - Para las regiones ecuatoriales y de latitudes medias, las ondas de
radio con frecuencias superiores a 70 MHz aseguran la penetración de la
ionosfera sin absorción significativa, mientras que para las frecuencias inferiores a
70 MHz es significativa la pérdida por la absorción ionosférica.
El retardo ionosférico puede compensarse utilizando frecuencias GNSS dobles.
Dado que los efectos dependen de la frecuencia, el uso de dos frecuencias
permite que los receptores GNSS detecten y calculen estos retardos ionosféricos.
En un medio dispersivo como la ionosfera, la velocidad de fase difiere de la
velocidad de grupo. La velocidad de grupo describe la velocidad de la envoltura de
un grupo de ondas electromagnéticas. Los gases ionizados en la ionosfera causan
el cambio de las fases de las ondas electromagnéticas. El avance de fase conduce
a una velocidad de fase mayor que la velocidad de la luz. Esto no contradice el
postulado de la característica universal de la velocidad de la luz de Einstein, ya
que no se transmite información por una sola onda electromagnética. El avance de
fase y el retardo de grupo son iguales en tamaño pero diferentes en el proceso de
muestreo. En términos prácticos, el código de pseudodistancia se hace más largo
y las pseudodistancia de fase se hacen más cortas [6].
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3.3 El Sol
EL Sol es una estrella de tamaño medio denominada estrella enana, que
proporciona luz y calor, es considerada como una fuente de energía para la Tierra
y el sistema solar, la cual hace posible todo lo que hay en la Tierra. El Sol libera
una cantidad de energía de la magnitud de las bombas atómicas, la cual causa un
maremoto de partículas cargadas de calor que van dirigidas a la Tierra y se
consideran como tormentas solares. El Sol se puede ver de distintas formas desde
los rayos x hasta la luz ultravioleta, debido a que diferentes longitudes de onda
tienen diferentes temperaturas. Los científicos también han podido observar al
interior del Sol mediante una técnica llamada Heliosismología [50].
La Heliosismología utiliza las mismas propiedades del astro para estudiar su
actividad interna, debido a que el Sol no es un cuerpo sólido, sino una bola
gigante compuesta de gas súper caliente y electromagnético que se denomina
plasma. El Sol oscila, vibra así que al medir su frecuencia de oscilación, se
puede inferir su estructura interna, pero si se observa el Sol en un largo tiempo
con esta técnica se pueden observar sus capas y turbulencias que originaran
efectos de corrientes e incluso dan una idea de la cara oculta del Sol, esta técnica
también se usa para determinar las manchas solares ocultas. La apariencia física
de las capas mostrada por esta técnica y de las manchas solares se ilustra en la
figura 3.8 donde se observa que el Sol está compuesto principalmente de tres
partes.
(a) Fotosfera, o superficie visible;
(b) Cromosfera, la región brillante por encima de la fotosfera,
(c) Corona, la atmósfera exterior del Sol El Sol se compone principalmente de los elementos hidrógeno y helio junto con
elementos más pesados en cantidades más pequeñas, en particular de calcio.
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Figura 3.8 Representación de las capas solares y manchas solares
Se produce un flujo de energía constante denominado viento solar que reparte
energía no solamente al planeta Tierra sino también al sistema solar que es capaz
inclusive de cortar colas de cometas que estén a su alcance.
La corona es más caliente que la fotosfera y la cromosfera, es decir a mayor
lejanía de la superficie del Sol existe más calor. Mientras que las zonas más
oscuras o manchas solares ocupan cientos de kilómetros, dichas manchas son las
regiones más frías del Sol y emiten menos luz. Las manchas solares aparecen en
la superficie solar y son fáciles de detectar, aunque su origen provenga del interior
del Sol y de su compleja rotación.
El Sol no rota como un cuerpo sólido, sino que rota más rápido por la zona del
ecuador que la de los polos, esto da lugar a las manchas solares, el ecuador
completa una rotación en 25 días, en las zonas de las altitudes medias en 30 días
y en las zonas de los polos en 35 días, a este proceso se denomina rotación
diferencial y hace que el interior del Sol se mueva a diferentes velocidades
creando así un intenso magnetismo [33].
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El intenso campo magnético que se entremezcla en el interior del astro y el que
se encuentra en la superficie, impiden el paso proveniente de las corrientes del
plasma interior del Sol, esto genera una mancha solar. Las manchas solares son
más propicias a existir en el ecuador y en latitudes medias como se muestra en la
figura 3.9. Las manchas solares son zonas oscuras que aparecen en la superficie
del Sol, mostrándose a veces en grupos que cubren una zona de hasta 160 000
Km de diámetro.
Figura 3.9 Rotación diferencial del Sol
Las manchas solares afectan a la intensidad de radiación solar que incluyen las
ondas ultravioletas. Durante los periodos de gran actividad de las manchas
solares, la radiación del Sol aumenta y da lugar a una mayor ionización. Las
manchas solares no son fenómenos que se encuentren de forma independiente
del Sol, ya que están acompañadas de las llamaradas solares y estas llamaradas
solares por Eyecciones de Masa Coronal (CME) como se muestra en la figura
3.10 [50]. Una llamarada solar se produce cuando la energía que se ha acumulado
en la atmósfera solar es liberada súbitamente, sobre todo en las regiones activas,
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alrededor de las manchas solares. Cuando existe una llamarada intensa casi
siempre estará correlacionada con la Eyección de Masa Coronal [25].
Figura 3.10 Manchas solares y llamarada solar [23].
Los dos fenómenos a veces ocurren al mismo tiempo, la llamarada solar se define
como un repentino destello de luz, esta luz sólo tarda 8 minutos en llegar a la
Tierra, mientras que la Eyección de Masa Coronal es la liberación de materia en
forma de una inmensa nube de partículas de plasma magnetizadas al espacio. Las
Eyecciones de Masa Coronaria empujan el campo magnético de la Tierra hacia los
polos terrestres y cuando estas partículas deslizadas reaccionan con el oxígeno y
nitrógeno forman las auroras boreales australes [23]. Las eyecciones de masa
coronal son como látigos que liberan mucha energía muy rápido y la energía que
desprende el Sol puede provocar alteración en el entorno de la Tierra así como
alterar los satélites y Sistemas de Posicionamiento Global. La Tierra está rodeada
por la atmósfera solar y lo que pasa en el Sol afecta la Tierra [4], [5].
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3.3.1 Manchas solares
Uno de los fenómenos más notables en la superficie del Sol es la aparición y
desaparición de ciertas zonas oscuras conocidas como manchas solares. La vida
de una mancha solar es muy variable; algunas manchas duran sólo unos pocos
días, mientras que algunos pueden sobrevivir cuatro o cinco rotaciones solares
(alrededor de 27 días cada uno). Su naturaleza exacta no se conoce, pero
parecen ser vórtices en la materia que comprende la fotosfera. Las manchas
solares oscuras aparecen debido a que la temperatura de la superficie es sólo
alrededor de 3000° K, en comparación con los 6000° K de la fotosfera. Las
manchas solares tienden a agruparse, un grupo puede contener algunos puntos
aislados o decenas de puntos [47].
Una de las características más interesantes de las manchas solares son sus
campos magnéticos extraordinariamente fuertes. Estos pueden acercarse a 0,4
𝑤𝑏/𝑚2 (weber por metro cuadrado) (4000 G) para las manchas más grandes [48].
3.3.2 Mínimo y máximo solar
El Sol tiene estaciones que son el mínimo solar y el máximo solar, dos posiciones
diferentes que pueden afectar la tecnología, incluso el clima. El periodo de
transición entre los mínimos solares se denomina ciclo solar y se trata de un
periodo de 11 años en el que la actividad solar llega a sus máximos y luego
vuelve a empezar haciendo perfiles de concentraciones electrónicas que varían en
las capas de la ionosfera como se muestra en la figura 3.11. La principal medida
del ciclo de la actividad solar es el número de manchas solares que se ven sobre
la superficie durante el mínimo solar que es el periodo de menor aparición de
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manchas. Durante el máximo solar la energía del Sol llega a una mayor distancia,
cuando existen demasiadas manchas solares hay muchas erupciones y
eyecciones de masa coronal. Cuando se reduce el número de manchas solares el
clima es más frio, así como el periodo de las manchas solares puede ser más
prolongado a los 11 años.
Figura 3.11 Perfiles verticales típicos de concentración electrónica en la ionosfera de latitudes medias.
Adaptada de Hargreaves (1992) [37], [13].
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3.1.2.1 Fenómeno electromagnético en la ionosfera (ionización)
La ionización es el fenómeno por el que a través de intercambios energéticos, las
moléculas de gas (sobre todo oxígeno y nitrógeno), presentes en la atmósfera se
disocian en átomos que a su vez pueden liberar electrones, dando lugar por tanto
a electrones libres con carga negativa así como iones con carga positiva. El Sol
es la principal fuente de ionización en la atmósfera.
La intensidad de ionización se define como el número de electrones liberados por
unidad de volumen y de tiempo, se mide en electrones por metro cúbico y por
segundo (e-/m3/s). Dado que en los procesos de ionización se generan electrones
libres, se puede medir la cantidad por unidad de volumen o densidad de ionización
(N), que se mide en electrones por centímetro cúbico (e-/cm3). En la figura 3.11 se
muestra la variación típica de la densidad de ionización en la atmósfera, en
función de la altitud.
La densidad de ionización siempre será máxima en un punto de mediana altitud de
la ionosfera, ya que en los puntos más altos la densidad molecular es menor y en
los más bajos es mayor, aunque la densidad molecular es mayor. Otro parámetro
para medir la cantidad de electrones libres en la ionosfera es el Contenido Total de
Electrones (TEC o Total Electron Content). La fuente que provoca mayor
intensidad de ionización es el Sol, seguido por las estrellas (unas 1000 veces
inferior) y por los rayos cósmicos (unos 100 millones de veces inferior). En el caso
del Sol, la intensidad de ionización es mayor al mediodía, cuando los rayos solares
inciden perpendicularmente sobre la Tierra [1].
Durante el día, la Tierra está sometida a la radiación procedente del Sol. Parte de
esta radiación es ionizante, es decir, excita a las moléculas de oxígeno e
hidrógeno presentes en la ionosfera, provocando que entren en oscilación.
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Esta oscilación puede provocar que cada molécula de oxígeno o de hidrógeno se
disocie en dos átomos.
Estos átomos siguen sometidos a las radiaciones ionizantes, cuya energía puede
ser absorbida por los átomos provocando el desprendimiento de electrones, dando
lugar por tanto a electrones libres con carga negativa y a iones con carga positiva.
Los distintos átomos, moléculas, iones y electrones se encuentran en movimiento
en la ionosfera y por tanto poseen una determinada energía cinética. Con una
probabilidad proporcional a la densidad molecular, se producen colisiones entre
estos componentes. En el caso de una colisión entre un átomo y otro componente,
si la energía cinética de este último es lo suficientemente elevada, se puede
producir la liberación de electrones, dando lugar a nuevos electrones libres con
carga negativa y a iones con carga positiva [3].
3.4 TEC (Contenido Total de Electrones – Total Electron Content)
El contenido total de electrones (TEC) es uno de los parámetros importantes de la
ionosfera de la Tierra, el TEC está influenciado por la actividad solar, las
variaciones diurnas, temporales y el campo magnético de la Tierra. Sin embargo,
la comprensión de los complejos entornos ionosféricos sigue siendo un reto
debido a la falta de observaciones directas, sobre todo en las zonas polares, por
ejemplo, la Antártida, el TEC puede ser modelado a nivel mundial y continental. El
TEC tiene demasiadas dependencias como se muestra en la tabla 3.1. Los iones
en los que se encuentra presente el TEC son(O+, H+, He+, NO+, 𝑂2 +) [46].
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Tabla 3.1 Dependencias del TEC [36], [27]
El TEC es el contenido total de electrones: número de electrones libres en una
columna de 1𝑚2 de base centrada en la dirección de observación donde el TEC
hace referencia al grado de ionización en la ionosfera como se muestra en la
figura 3.12. La unidad de medida es el TECU (Unidad del Contenido Electrónico
Total) que es igual a
1TECU = [1][1016] 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑛𝑒𝑠/𝑚2
Dependencias del TEC
Poco predecibles
Menos predecible
(a)Hora local
Durante el día la radiación solar ioniza la atmósfera Durante la noche el contenido de electrones se reduce por recombinación química (b) Latitud (c) Época del año (d) Actividad solar (ciclo solar) (e) Actividad geomagnética
RINEX Formato Recetor independiente de cambio / Receiver Independent Exchange
(format)
RTK Cinemática en Tiempo Real / Real Time Kinematic
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SA Disponibilidad Selectiva / Selective availability
SAD69 Dato sudamericano 1969 / Sudamericana Datum 1969
SBAS Sistema de Aumentación Basado en Satélites / Space-based augmentation system
SPS Estándar de Servicio de Posicionamiento / Stándar Positioning Service
SRDI Sistema de Referencia Espacial de Identificador
SRNS Sistema de radio navegación por satélite / Satellite Radio Navigation Sistem /
SV Vehículo Espacial / Space vehicle-
TEC Contenido Total de Electrones / Total electron content
TECU Unidades de Contenido Total de Electrones / ETEC units
TDT Tiempo dinámico terrestre / Terrestrial dynamic time
UT Tiempo universal / Universal time
UTC Tiempo universal Coordinado / Coordinated universal time
VRS Estación Virtual de Referencia / Virtual reference station
WAAS Sistema de Aumentación de Area Ancha / Wide Area Augmentation System
WGS84 Sistema Geodésico Mundial 1984 / World Geodetic System 84.
Glosario
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GLOSARIO Banda de base Gama de frecuencias de la señal de información destinada a modular una portadora. Bloque IIR-M
Para mantener vivo el sistema GPS y cubrir a los satélites más viejos que quedaron inoperativos, de ahí el nombre del Bloque IIR, siendo la R por "replenishment" (reabastecimiento). Entre 2005 y 2009 se lanzaron 8 satélites nuevos de mayor potencia dando nombre a este conjunto como Bloque IIR-M; 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. Doppler Efecto Doppler afecta todo el espectro electromagnético. Cuando la distancia entre la fuente y el receptor de las ondas electromagnéticas se mantiene constante, la frecuencia de la fuente y la frecuencia de las formas de onda recibidas son la misma. Cuando la distancia entre la fuente y el receptor de ondas electromagnéticas aumenta, la frecuencia de las formas de onda recibidas es más baja que la frecuencia de la forma de onda de la fuente de origen. Cuando la distancia disminuye, la frecuencia de la forma de onda recibida será más alta que la frecuencia de la forma de onda del origen. EGNOS Es un Sistema de Aumentación Basado en Satélites desarrollado por la Agencia Espacial Europea (ESA), la Comisión Europea (institución de la Unión Europea) y Eurocontrol. Está ideado como un complemento para las redes GPS y GLONASS para proporcionar una mayor precisión y seguridad en las señales, permitiendo una precisión inferior a dos metros. FI
Se denomina Frecuencia intermedia (FI) a la Frecuencia que emplean el principio superheterodino y se obtiene de la mezcla de la señal sintonizada en una antena con una frecuencia variable generada localmente en el propio dispositivo mediante un oscilador local (OL) y que guarda con ella una diferencia constante. Esta diferencia entre las dos frecuencias es precisamente la frecuencia intermedia. ICAO Es una agencia de la Organización de las Naciones Unidas creada en 1944 por la Convención de Chicago para estudiar los problemas de la aviación civil internacional y promover los reglamentos y normas únicos en la aeronáutica mundial. La dirige un consejo permanente con sede en Montreal (Canadá).
Es un sistema regional autónomo del sistema de navegación por satélite desarrollado por la Organización de Investigación Espacial de la India (ISRO) que estaría bajo el control total del gobierno de la India que proporciona dos servicios, con el servicio de Posicionamiento Estándar abierto para uso civil y el Servicio restringido encriptado para usuarios autorizados (militares) Itinerancia Es un concepto utilizado en comunicaciones inalámbricas que está relacionado con la capacidad de un dispositivo para moverse de una zona de cobertura a otra. GALILEO Es un sistema global de navegación por satélite (GNSS) desarrollado por la Unión Europea (UE), con el objeto de evitar la dependencia de los sistemas GPS y GLONASS. Al contrario de estos dos, será de uso civil. Geodésica Se define como la línea de mínima longitud que une dos puntos en una superficie dada, y está contenida en esta superficie y la ciencia de medir el tamaño y forma del planeta Tierra; En el sentido original, fue la ruta más corta entre dos puntos sobre la superficie de la Tierra. GLONAS 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 futuro Galileo europeo. GNSS Es una constelación de satélites que transmite rangos de señales utilizados para el posicionamiento y localización en cualquier parte del globo terrestre, ya sea en tierra, mar o aire. Basado en satélites artificiales que puede proporcionar a los usuarios información sobre la posición y la hora (cuatro dimensiones) con una gran exactitud, en cualquier parte del mundo, las 24 horas del día y en todas las condiciones climatológicas. GPS El sistema global de navegación por satélite (GNSS) permite determinar en todo el mundo la posición de un objeto, una persona o un vehículo con una precisión hasta de centímetros (si se utiliza GPS diferencial), aunque lo habitual son unos pocos metros de precisión Latencia
Se denomina latencia a la suma de retardos temporales dentro de una red. Un retardo es producido por la demora en la propagación y transmisión de paquetes dentro de la red. Se denominan latencias de una memoria RAM a los diferentes retardos producidos en el acceso a los distintos componentes de esta última. Meridiano cero El meridiano de Greenwich, también conocido como meridiano cero, meridiano base o primer meridiano, es el meridiano a partir del cual se miden las longitudes.
Serie de 24 satélites estadounidenses de navegación que completan el Sistema de posicionamiento global (Sistema de Posicionamiento Global, GPS) Número pseudo-aleatorio Es un número generado en un proceso que parece producir números al azar, pero no lo hace realmente. Las secuencias de números pseudo-aleatorios no muestran ningún patrón o regularidad aparente desde un punto de vista estadístico, a pesar de haber sido generadas por un algoritmo completamente determinista, en el que las mismas condiciones iniciales producen siempre el mismo resultado. PDA Asistente digital personal, computadora de bolsillo, organizador personal o agenda electronica de bolsillo
Pseudodistancia
La distancia medida entre el receptor GPS y el satélite GPS (no real) usando comparaciones de tiempo sin corregir el código transmitido por satélite y del receptor local referencia. QZSS Es un sistema de corrección de señales de navegación global por satélite o SBAS, propuesto para uso complementario del GPS en Japón. Real-Time Kinematic Navegación cinética satelital en tiempo real, es una técnica usada para la topografía y navegación marina basado en el uso de medidas de fase de navegadores con señales GPS, GLONASS y/o de Galileo, donde una sola estación de referencia proporciona correcciones en tiempo real, obteniendo una exactitud submetrica.
RAIM
Tecnica mediante la cual el receptor/ procesador GPS de a bordo determina la integridad de las señales de navegacion GPS utilizando solamente las propias señales o bien señales mejoradas con datos de altitud barométrica. Esta determinacion se logra a traves de una verificacion de coherente entre medidas de pseudoditancia resundante.Al menos se requiere considerar un satelite adicionalemte respecto a aquellos que se necesitan para obtener la solucion de navegacion. RINEX Se trata de un formato de ficheros de texto orientado a almacenar, de manera estandarizada, medidas proporcionadas por receptores de sistemas de navegación por satélite, como GPS, GLONASS, EGNOS, WAAS o Galileo. SBAS Sistema de corrección de las señales que los Sistemas Globales de Navegación por Satélite (GNSS) transmiten al receptor GPS del usuario.
S/A Una política adoptada por el Departamento de Defensa Departamento de Defensa en 1990 a introducir intencional, variando el ruido de reloj en las señales de los satélites GPS, degradando con ello su exactitud para los usuarios civiles. S / A era desactivado en 2000 por la Decisión Directiva Presidencial. Tiempo Atómico Internacional Es un estándar atómico de alta precisión para medir el tiempo propio de un cuerpo geoide con un reloj atómico. Trilateración
Es un método matemático para determinar las posiciones relativas de objetos usando la geometría de triángulos de forma análoga a la triangulación. WAAS Sistema de Aumentación Basado en Satélites desarrollado por Estados Unidos, a través de la colaboración de Federal Aviation Administration (FAA) y el Department of Transportation (DOT). Consiste en complementar el sistema de satélites GPS con estaciones terrestres que permiten corregir la precisión y la confianza en las coordenadas de posición adquiridas (no implica necesariamente mejor ubicación en el mapa). WGS84 El WGS84 es un sistema de coordenadas geográficas mundial que permite localizar cualquier punto de la Tierra (sin necesitar otro de referencia) por medio de tres unidades dadas.
technology” USA, Springer New York, 2014 pp. 151-154.
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