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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERA
DEPARTAMENTO DE INGENIERA GEOGRFICA
PROCESAMIENTO PPP DE OBSERVACIONES GNSS
UTILIZANDO SOFTWARE LIBRE RTKLIB
MAURICIO ERNESTO PAREDES WIEDEHOLD
Profesor gua: MSc. Ariel Silva Hidalgo
Trabajo de Titulacin presentado en
conformidad a los requisitos para
obtener el Ttulo de Ingeniero de
Ejecucin en Geomensura
Santiago Chile
2013
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Mauricio Ernesto Paredes Wiedehold
Se autoriza la reproduccin parcial o total de esta obra, con
fines acadmicos, por cualquier forma, medio
o procedimiento, siempre y cuando se incluya la cita
bibliogrfica del documento.
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i
DEDICATORIA
Este trabajo significa un cierre a una de esas etapas que se
pueden
considerar importantes, dentro de la cual viv experiencias
excelentes y otras no
tanto, sin embargo todas dejaron algo en m, as como la gente que
conoc, lo
que me hace sentir muy agradecido y satisfecho con lo que
encontr en mi
camino, es por esto siento el gusto de dar gracias a todos ellos
no solo por ser
parte de esta ya nombrada etapa, sino por haber contribuido en
que yo est
donde ahora estoy. Especialmente nombrar a mi madre, la cual me
enseo mis
primeros pasos para enfrentar la vida, quien con su apoyo
incondicional
siempre me sac a delante y con su cario de madre nunca necesit
otra luz.
Tambin mencionar a mi padre por sembrar en m la semilla del amor
por el
conocimiento y las cosas lindas de la vida. Mi mama quien me ha
brindado
siempre un apoyo absoluto. Mi Tata, tas y primos que con su
cario y
dedicacin me han ayudado a lograr lo que soy, Mi abuela la que
no se
encuentra hoy. Adems nombrar a Paula Gmez, quien me ha dado una
mano
donde no la he encontrado y una sonrisa en medio de la tristeza
y a Samy
Castro por ausentarme de mis demonios cuando lo necesit.
Agradezco a todos
ellos por hacer de m caminar una de las mejores caricias.
Finalmente nombrar
a la gente que signific algo importante dentro de esta poca como
la Rita, el
Chepas, Pato Anacleto, Daniel Adolfo, quienes me acompaaron
cuando lo
necesit y con los cuales gener un vnculo que trascender. Podra
nombrar a
un milln de personas ms pero el espacio no alcanzara. Para todo
ellos va
este paso tan significativo y gratificante.
Mauricio Ernesto Paredes Wiederhold
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ii
AGRADECIMIENTOS
En este proceso, hubo grandes personas involucradas, dentro de
los
cuales les puedo agradecer a Ariel Silva por el tiempo y toda la
buena voluntad
que se puede esperar en un profesor, adems de su conocimiento el
que nunca
fue negado. Eleazar Quiimil por su dedicacin, su disposicin y
por las largas
conversaciones realizadas. M Carolina Valderas por su buena
onda, por
ofrecer la oportunidad de realizar las pruebas en la Universidad
de Chile.
Tambin agradecer a patricio Anacleto y Paula Gmez por realizar
las
gestiones de impresiones y papeleo en la universidad mientras yo
tuve que
trabajar. Para todos ellos y muchos ms va este agradecimiento,
porque sin
ellos esto no hubiese sido igual.
Quien "no encaja en el mundo"
est siempre cerca de encontrarse a s mismo.
Hermann Hesse.
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iii
TABLA DE CONTENIDOS
CAPITULO I INTRODUCCIN 1
1.1. Antecedentes generales 1
1.2. Estado actual del problema 1
1.3 Hiptesis 2
1.4. Objetivos 2
1.4.1. Objetivo general 2
1.4.2. Objetivos especficos 3
1.5. Contribucin y productos esperados 3
CAPITULO II MARCO TERICO 4
2.1. Sistemas de referencia 4
2.1.1. Sistemas de referencia terrestre convencional (CTRS)
5
2.1.2. International Terrestrial Reference System (ITRS) 5
2.1.3. International Terrestrial Reference Frame (ITRF) 6
2.1.4. Sistema de Referencia Geocntrico para las Amricas
(SIRGAS) 10
2.1.5. SIRGAS CON 11
2.2. Sistema Global de Navegacin por Satlite (GNSS) 14
2.2.1. Global Position System (GPS) 15
2.2.2. Global Navigation Satellite System (GLONASS) 16
2.2.3. BeiDou 17
2.2.4. Galileo 17
2.3. Seal GNSS 18
2.3.1. Seal GPS 18
2.3.2. Seal GLONASS 20
2.4. Posicionamiento por satlite 21
2.4.1. Observables 21
-
iv
2.4.2. Formas de posicionamiento 22
2.4.3. Errores de las observaciones GNSS 30
2.5. Networked Transport of RTCM Via Internet Protocol (NTRIP)
39
2.5.1. Componentes NTRIP 39
2.5.2. Factores que afectan las observaciones con mtodo
NTRIP 40
2.6. Posicionamiento por punto preciso 41
2.6.1. Antecedentes generales 41
2.6.2. Ecuaciones de observacin 43
2.6.3. Correcciones para el mtodo PPP 44
2.6.4. Tipos de posicionamiento PPP 49
2.7. Formato RTCM 51
2.7.1. Versiones RTCM 51
2.7.2. Tipos de mensaje RTCM 53
2.7.3. State Space Representation (SSR) 55
CAPITULO III RTKLIB 58
3.1. Antecedentes generales 58
3.2. Caractersticas y compatibilidades 58
3.3. Funciones y aplicaciones 60
CAPITULO IV DESARROLLO 65
4.1. Antecedentes generales 65
4.2. PPP en tiempo real para estaciones de referencia continua
66
4.2.1. Configuracin RTKNAVI 68
4.3. PPP en tiempo real de estacin de referencia CONZ por medio
de
RTKNAVI 78
4.3.1. Configuracin RTKNAVI 78
-
v
4.4. PPP en tiempo real en modo esttico y cinemtico de la
estacin
DGF2 por medio de RTKNAVI mientras se le inducen
movimientos 81
4.4.1. Configuracin RTKNAVI 82
4.5. PPP en post proceso en mtodo esttico de la estacin CONZ
y
estaciones de GEOCOM, por medio de RTKPOST 83
4.5.1. Configuracin RTKPOST 84
CAPITULO V RESULTADOS 88
5.1. Resultados prueba con estaciones de referencia continua de
empresa
Geocom 88
5.1.1. TALC 89
5.1.2. SNTI 90
5.1.3. EILA 92
5.1.4. CSNO 94
5.2. Resultados Prueba procesamiento PPP en tiempo real con
estacin
CONZ 95
5.2.1. Observacin con sistema GPS 96
5.2.2. Observacin con sistema GPS y GLONASS 97
5.3. Resultados prueba de procesamiento PPP en tiempo real de
estacin
de referencia continua DGF2 97
5.3.1. PPP en tiempo real mtodo esttico 98
5.3.2. PPP en tiempo real en mtodo cinemtico 99
5.3.3. PPP en tiempo real, ambos mtodos 100
5.3.4. Velocidades 101
5.4. Resultados PPP post proceso estaciones de referencia
continua de
Geocom y CONZ con aplicacin RTKPOST 103
5.4.1. CONZ 104
5.1.1. TALC 105
-
vi
5.1.2. SNTI 106
5.1.3. EILA 107
5.1.4. CSNO 108
CAPITULO VI ANLISIS DE RESULTADOS 110
6.1. Prueba con estaciones de referencia continua de empresa
Geocom 110
6.2. PPP en tiempo real para estacin de referencia CONZ por
medio de
RTKNAVI 112
6.3. PPP en tiempo real en modo esttico y cinemtico por medio
de
RTKNAVI con movimientos inducidos en estacin DGF2 113
6.4. PPP post proceso de estaciones de referencia continua de
Geocom y
CONZ con la aplicacin RTKPOST 115
CAPITULO VII CONCLUSIONES 117
BIBLIOGRAFA 120
-
vii
INDICE DE TABLAS
CAPITULO II
Tabla N2.1 Tipos de posicionamiento 23
Tabla N2.2 Errores de observacin 31
Tabla N 2.3 Errores de la lnea base 32
Tabla N 2.4 Offset centro de fase satlites 33
Tabla N 2.5: Correcciones en el mtodo PPP 45
Tabla N 2.6 Tipos de mensajes RTCM en las versiones 2.0 a la 2.3
53
Tabla N2.7 Tipos de mensajes RTCM en la versin 3.0 55
Tabla N2.8 Tipos de mensaje RTCM v.3 + SSR 57
CAPITULO III
Tabla N 3.1 Funciones RTKLIB 60
CAPITULO IV
Tabla N 4.1: Resultados PPP, coordenadas geocntricas, utilizando
mtodo
RTX para el da 01-01-2014 67
Tabla N 4.2 Resultados PPP, coordenadas geodsicas, utilizando
mtodo RTX
para el da 01-01-2014 67
Tabla N 4.3 Coordenadas estaciones de referencia continua Geocom
68
Tabla N 4.4 Coordenadas CONZ semana GPS N 1773 obtenidas de
SIRGAS.ORG 78
Tabla N 4.5 Coordenadas DGF2 81
Tabla N4.6 Coordenadas CONZ 84
Tabla N4.7 Coordenadas Estaciones de referencia continua Geocom
84
CAPITULO V
Tabla N5.1Resultados TALC. Coord. Topocntricas 90
-
viii
Tabla N5.2 Resultados TALC. Coord. Geocntricas 90
Tabla N5.3 Exactitud TALC. Con respecto a red GNSS Geocom 90
Tabla N5.4 Resultados SNTI. Coord. Topocntricas 91
Tabla N5.5 Resultados SNTI. Coord. Geocntricas 92
Tabla N5.6 Exactitud SNTI. Con respecto a red GNSS Geocom 92
Tabla N5.7 Resultados EILA. Coord. Topocntricas 93
Tabla N5.8 Resultados EILA. Coord. Geocntricas 93
Tabla N5.9 Exactitud SNTI. Con respecto a red GNSS Geocom 94
Tabla N5.10 Resultados CSNO. Coord. Topocntricas 95
Tabla N5.11 Resultados CSNO. Coord. Geocntricas 95
Tabla N5.12 Exactitud CSNO. Con respecto a red GNSS Geocom
95
Tabla N5.13 Resultados CONZ. Coord. Topocntricas 97
Tabla N5.14 Resultados estadsticos CONZ Para coordenadas
Geocntricas. 104
Tabla N5.15 Diferencia CONZ RTKPOST Coordenada Geocom 105
Tabla N5.16 Resultados estadsticos TALC para coordenadas
Geocntricas. 105
Tabla N5.17 Diferencia TALC RTKPOST Coordenada Geocom 106
Tabla N5.18 Resultados estadsticos SNTI para coordenadas
Geocntricas. 107
Tabla N5.19 Diferencia SNTI RTKPOST Coordenada Geocom 107
Tabla N5.20 Resultados estadsticos EILA para coordenadas
Geocntricas. 108
Tabla N5.21 Diferencia EILA RTKPOST Coordenada Geocom 108
Tabla N5.22 Resultados estadsticos CSNO para coordenadas
Geocntricas. 109
Tabla N5.23 Diferencia CSNO RTKPOST Coordenada Geocom 109
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ix
INDICE DE ILUSTRACIONES
CAPITULO II
Imagen 2.1 Estaciones ITRF2005, segn el nmero de tcnicas
espaciales
utilizadas 7
Imagen 2.2: Campo de velocidades ITRF2008 8
Imagen 2.3 red SIRGAS CON 13
Imagen 2.4 Posicionamiento absoluto 27
Figura 2.5. Posicionamiento diferencial 28
Figura 2.6 Refraccin atmosfrica 35
Figura 2.7 Geometra PPP 42
CAPITULO III
Imagen 3.1 RTKLAUNCH 60
Imagen 3.2 RTKNAVI 61
Imagen 3.3 STRSVR 62
Imagen 3.4 RTKPOST 62
Imagen 3.5 RTKCONV 63
Imagen 3.6 RTKPLOT 63
Imagen 3.7 RTKGET 64
Imagen 3.8 NTRIP Browser 64
CAPITULO IV
Imagen 4.1 RTKNAVI, Configuraciones 69
Imagen 4.2 RTKNAVI, Configuraciones 70
Imagen 4.3 RTKGET, descarga IGS08_1771.atx 71
Imagen 4.4 NTRIP Client Options, RTKNAVI 73
-
x
Imagen 4.5 NTRIP Browser, RTKNAVI 74
Imagen 4.6 NTRIP Client Options, RTKNAVI 75
Imagen 4.7 NTRIP Browser, RTKNAVI 75
Imagen 4.8 RTKPLOT Cortes del stream de datos, RTKNAVI 76
Imagen 4.9 RTKNAVI 77
Imagen 4.10 Options RTKNAVI (GPS y GPS+GLONASS) 79
Imagen 4.11 NTRIP Client Options Rover, RTKNAVI (Mountpoint
CONZ0) 80
Imagen 4.12 NTRIP Client Options Corrections, RTKNAVI
(Mountpoint
CONZ0) 80
Imagen 4.13 Options RTKNAVI (PPP Static y PPP Kinematic) 82
Imagen 4.14 RTKGET, Descarga archivo OBS de la estacin CONZ
83
Imagen 4.15 RTKPOST, Ingreso de archivos para post proceso PPP
estacin
CONZ 86
Imagen 4.16 RTKPOST, post proceso PPP estacin CONZ 87
CAPITULO V
Imagen 5.1 RTKPLOT, Grfico PPP-RT Estacin de referencia
continua
TALC 89
Imagen 5.2 RTKPLOT, Grfico componentes convergidas 89
Imagen 5.3 RTKPLOT, Grfico PPP-RT Estacin de referencia
continua
SNTI 91
Imagen 5.4 RTKPLOT, Grfico componentes convergidas 91
Imagen 5.5 RTKPLOT, Grfico PPP-RT Estacin de referencia
continua
EILA 93
Imagen 5.6 RTKPLOT, Grfico componentes convergidas 93
Imagen 5.7 RTKPLOT, Grfico PPP-RT Estacin de referencia
continua
CSNO 94
Imagen 5.8 RTKPLOT, Grfico componentes convergidas 94
-
xi
Imagen 5.9 RTKPLOT, Grfico PPP-RT Estacin de referencia
continua
CSNO 96
Imagen 5.10 RTKPLOT, Grfico componentes convergidas 96
Imagen 5.11 RTKPLOT, Grfico PPP-RT Estacin de referencia
continua DGF2
mtodo esttico 98
Imagen 5.12 RTKPLOT, Grfico PPP-RT Estacin de referencia
continua DGF2
mtodo esttico Componentes convergidas 98
Imagen 5.13 RTKPLOT, Grfico PPP-RT Estacin de referencia
continua DGF2
mtodo cinemtico 99
Imagen 5.14 RTKPLOT, Grfico PPP-RT, DGF2, mtodo cinemtico
componentes convergidas 99
Imagen 5.15 RTKPLOT, Grfico PPP-RT, DGF2, ambos mtodo 100
Imagen 5.16 RTKPLOT, Grfico PPP-RT, DGF2, mtodo esttico y
cinemtico
componentes convergidas 100
Imagen 5.17 RTKPLOT, Grfico PPP-RT, DGF2, cortes del stream de
datos,
mtodo esttico y cinemtico 101
Imagen 5.18 RTKPLOT, velocidades. Movimiento en mtodo
esttico
Fuente: Elaboracin propia 102
Imagen 5.19 RTKPLOT, velocidades. Movimiento en mtodo cinemtico
102
Imagen 5.20 RTKPLOT, velocidades. Movimiento en ambos mtodos
103
Imagen 5.21 RTKPLOT, Post proceso estacin de referencia
continua
TALC 104
Imagen 5.22 RTKPLOT, Grfico componentes convergidas 104
Imagen 5.23 RTKPLOT, Post proceso estacin de referencia
continua
TALC 105
Imagen 5.24 RTKPLOT, Grfico componentes convergidas 105
Imagen 5.25 RTKPLOT, Post proceso estacin de referencia
continua
SNTI 106
Imagen 5.26 RTKPLOT, Grfico componentes convergidas 106
-
xii
Imagen 5.27 RTKPLOT, Post proceso estacin de referencia
continua
SNTI 107
Imagen 5.28 RTKPLOT, Grfico componentes convergidas 107
Imagen 5.29 RTKPLOT, Post proceso estacin de referencia
continua
SNTI 108
Imagen 5.30 RTKPLOT, Grfico componentes convergidas 108
-
xiii
RESUMEN
Con el desarrollo tecnolgico que vive hoy en da la sociedad,
surgen
nuevos mtodos de medicin y mejoras en el posicionamiento
satelital, esto ha
impulsado la creacin de distintos software que faciliten dichas
mediciones,
como por ejemplo RTKLIB, un software de distribucin libre, el
cual presta
servicios de posicionamiento como otros dentro del mbito de las
mediciones.
Este trabajo presenta las bases fundamentales de RTKLIB en sus
distintas
aplicaciones enfocado al posicionamiento PPP, mtodo que ha
experimentado
importantes avances en materia de precisin, exactitud y forma de
obtencin de
los resultados. Para esto se realizaron distintas pruebas
utilizando dicho mtodo
en post proceso y tiempo real. Una de ellas con las estaciones
de referencia
continua de la empresa Geocom, a las cuales se realizaron
observaciones con
PPP en tiempo real y en otra ocasin con PPP en post proceso,
adems se
analiz la respuesta del software frente a la medicin de la
antena DGF2 de la
Universidad de Chile mientras esta se encontr en movimiento.
Comparando
los resultados con datos debidamente validados.
Finalmente el desarrollo de esta labor contribuye tanto en la
validacin del
software RTKLIB, como en los distintos mtodos considerados aqu,
dando a
conocer alternativas gratuitas y tiles en este aspecto.
PALABRAS CLAVES
GNSS
PPP en tiempo real
PPP en post proceso
RTKLIB
-
xiv
ABSTRACT
With the technological advance living today this society, new
methods of
measuring arise and improvements to methods existing, this has
prompted the
creation of various software to facilitate these measurements ,
such as RTKLIB ,
a free software, which positioning serves as others within the
field of
measurement.
This paper presents the fundamentals bases of RTKLIB operation
in its
differents funtions, focused in PPP positioning, method which
has undergone
major advances in precision , accuracies and method of obtaining
results. For
this, various tests were conducted using the method in post -
process and real
time. One with the stations continuing reference of Company
Geocom , to which,
were performed observation with PPP in real time and at another
time with PPP
in post - process, also analyzed the response of the software in
the tested while
antenna measurement DGF2 University of Chile found this while
moving.
Comparing the results with properly validated data.
Finally the development of this work contributes both in the
validatin of
software RTKLIB as in the different methods considered here,
announcing free
and uses alternatives in this aspect
KEYWORDS
GNSS
PPP in real time
PPP post processing
RTKLIB
-
1
CAPITULO I INTRODUCCIN
1.1. ANTECEDENTES GENERALES
El posicionamiento ha ido en constante evolucin, llegando a
niveles de
precisin que permiten enfrentar casi cualquier desafo. En la
actualidad existen
distintos mtodos que buscan dicho objetivo, donde el
posicionamiento por
satlites es uno de ellos, mtodo en el que se ocupan receptores,
los cuales
colectan informacin proveniente de estos satlites para
posteriormente ser
procesada. El posicionamiento satelital consta de distintos
tipos, donde
dependiendo de estos se realizarn ciertos tipos de
procesamientos y
correcciones respectivamente y as obtener soluciones aceptables.
Sin
embargo, estas precisiones difieren en cada uno de estos mtodos
utilizados
(desde milimtricas a mtricas), al igual que las restricciones de
cada uno
(tiempos de captura de datos, cobertura, costos, entre
otros.).
1.2. ESTADO ACTUAL DEL PROBLEMA
Hoy en da existen dos tipos de posicionamiento por satlite: el
absoluto
(autnomo) donde se utiliza slo un receptor GNSS y el relativo en
el que se
deben ocupar dos o ms receptores. PPP es uno de los mtodos
de
posicionamiento de tipo absoluto y que est irrumpiendo con gran
aceptacin
debido a la facilidad que presenta para observar y calcular,
esto es gracias a los
ltimos avances en la distribucin de efemrides precisas para ser
utilizadas en
post proceso o en tiempo real, as como tambin en la facilidad
para adquirir
correcciones de reloj. Adems, el PPP tiene la ventaja de no
necesitar una
estacin base como lo hace el mtodo diferencial, anulando las
limitaciones
propias de la longitud lnea base Cabe indicar que los tiempos de
convergencia
-
2
estn relacionados a las precisiones obtenidas, esto significa
que a un mayor
tiempo se obtendr mayor precisin (hasta cierto lmite, ya que
presenta
caractersticas asintticas). Por otro lado, existe la posibilidad
de utilizar un
protocolo llamado NTRIP, el cual permite recibir y/o enviar
observables brutos
GNSS, efemrides precisas y correcciones de reloj. Este resulta
de gran utilidad
para las observaciones en tiempo real (como por ejemplo el PPP
en tiempo
real), al mismo tiempo cabe destacar que en la actualidad se
cuenta con una
gran facilidad de obtener datos difundidos por internet y de
tener accesibilidad a
este va telefona mvil, incrementando los avances y desarrollos
de algoritmos
y software en PPP-RTK, como el software RTKLIB que se trata de
un paquete
de programas ejecutables y de cdigo abierto, con mltiples
funciones,
proporcionando la posibilidad de efectuar PPP en post-proceso y
en tiempo real
entre otras aplicaciones.
1.3. HIPTESIS
RTKLIB es un software capaz de obtener soluciones precisas y as
lograr
la automatizacin del posicionamiento por medio del mtodo de PPP
post
proceso y PPP en tiempo real.
1.4. OBJETIVOS
1.4.1. OBJETIVO GENERAL
Presentar y validar las bases tcnicas y aplicadas del software
RTKLIB por
medio del posicionamiento y/o monitoreo de estaciones de
referencia continua
con el mtodo PPP en post-proceso y tiempo real.
-
3
1.4.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
Estudiar, comparar y analizar el posicionamiento PPP en tiempo
real
por medio de RTKNAVI en estaciones de referencia continua
Anlisis del comportamiento del software RTKLIB frente al
sistema
satelital GLONASS.
Analizar la respuesta del software RTKLIB frente a una estacin
en
movimiento
Obtencin de soluciones por medio de Post-procesamiento PPP con
la
aplicacin RTKPOST de observaciones GNSS de distintas
estaciones
de referencia continua.
1.5. CONTRIBUCIN Y PRODUCTOS ESPERADOS
Se busca validar el software libre RTKLIB como opcin alternativa
para
procesar observaciones GNSS indicando su aplicabilidad en
distintos
escenarios de la topografa y la geodesia como puede ser el
monitoreo,
aplicaciones topogrficas y/o geodsicas.
-
4
CAPITULO II MARCO TERICO
2.1. SISTEMAS DE REFERENCIA
Se entiende por sistema de referencia como una definicin de
estndares, parmetros y modelos, primordialmente, que sirven como
base
para la representacin de la geometra de la superficie terrestre
y su variacin
en el tiempo. (P.ej., velocidad de la luz c0, parmetro
gravitacional estndar
GM, modelos de la relatividad especial y general, modelos de la
atmsfera
(ionosfera y troposfera), sistema de coordenadas cartesianas
tridimensionales
ortogonales con variacin temporal consistente con la rotacin de
la Tierra).
(Drewes, 2011) Por lo tanto, este recurso matemtico permitir
establecer
coordenadas en la superficie terrestre, ya que dicho sistema
contempla ejes
coordenados en el espacio, cuyo origen se encuentra determinado,
al igual que
su escala, orientacin y plano principal. Sin embargo, este no se
encuentra
materializado en una realidad fsica, sino que es de carcter
netamente terico.
Por otra parte, gracias a estas definiciones adems de obtener
las posiciones
nombradas sobre la superficie de la Tierra, tambin se podrn
cuantificar los
movimientos sobre esta describiendo sus procesos fsicos. Como la
Tierra no
cuenta con una forma armnica, esto toma un papel fundamental
para facilitar
clculos sobre ella. Entonces a partir de esto se podr definir un
Sistema de
Referencia Terrestre Convencional (CTRS)
-
5
2.1.1. Sistema de Referencia Terrestre Convencional (CTRS)
Este representa un sistema de referencia cuyos parmetros tericos
son
especificados concretamente cumpliendo lo siguiente:
El origen se encontrar en el geocentro de la Tierra
incluyendo
atmsferas y ocanos.
Es centrado y fijo a la Tierra, es decir gira junto con
ella.
El sistema de tiempo ser el Tiempo Geocntrico Coordinado
(TCG)
Eje Z: Coincide con el eje de rotacin terrestre convencional
Eje X: Se encontrar en la direccin del plano meridiano que
pasa
por Greenwich, contenido en el plano ecuatorial.
Eje Y: Por dextrgiro.
Ya que la Tierra posee cambios en su superficie terrestre a
medida que
transcurre el tiempo, debido a efectos geofsicos, tales como el
movimiento de
polos, deformaciones tectnicas, cargas de mareas,
principalmente, los puntos
pertenecientes a ella no estarn fijos.
2.1.2. International Terrestrial Reference System (ITRS)
El ITRS es la idealizacin del CTRS definido por el IERS
estableciendo
una serie de convenciones para definir el origen, escala y
orientacin, adems
de la evolucin de este CTRS. El ITRS cumple lo siguiente:
Origen: Es geocntrico, donde el centro de masa lo contempla
Tierra, la atmsfera y los ocanos.
-
6
Escala: Es consistente con el TGC mediante modelizaciones
relativistas y su unidad de longitud es el metro.
Orientacin: Proporcionada por el BIH (Bureau International
de
L`Heure) en la poca 1984.0.
Evolucin en el tiempo garantizada por la condicin de no
rotacin
con respecto a cualquier movimiento tectnico sobre la
superficie
de la Tierra.
Como el ITRS slo son convenciones tericas, este se debe llevar a
la
realidad materializndolo por medio de un marco de referencia
terrestre.
2.1.3. International Terrestrial Reference System (ITRF)
Es un marco de referencia, el cual materializa un sistema global
de
referencia por medio de un conjunto de entidades fsicas y
matemticas. En el
caso del ITRF es establecido por el IERS (International Earth
Rotation Service.)
cuya materializacin, est resuelta en el poliedro global, las
cuales fueron
obtenidas mediante tcnicas geodsicas espaciales modernas como
SLR,
VLBI, LLR, GPS y DORIS logrando as conocer las posiciones y
velocidades
(carcter dinmico) de estas redes. A continuacin se detalla por
lo tanto su
materializacin:
Eje Z: En direccin al polo medio, el cual est determinado pos
la
IERS, este es conocido como IERS Reference Pole (IRP) o
tambin Conventional Terrestrial Pole (CTP).
Eje X: En direccin al meridiano de Greenwich convencional,
el
cual est determinado por la IERS, este es llamado IERS
-
7
Reference Meridian (IRM) o tambin Greenwich Mean Origin
(GMO) adems este eje est contenido en el plano ecuatorial.
Eje Y: Formado por Dextrgiro.
Este marco de referencia est formado por coordenadas cartesianas
y
velocidades obtenidas por varias estaciones, las cuales para
ellos utilizan
tcnicas de observacin espacial (VLBI, SLR, LLR, GPS, DORIS). En
las
imgenes posteriores se muestran las estaciones del ITRF2005 y en
la
siguiente el campo de velocidades para el ITRF2008.
Imagen 2.1 Estaciones ITRF2005, segn el n de tcnicas espaciales
utilizadas
Fuente: Dr. Daniel Del Cogliano, El Marco de Referencia
Terrestre Internacional
(ITRF) y el concepto de Geodesia 4D
-
8
Imagen 2.2: Campo de velocidades ITRF2008
Fuente: Dr. Daniel Del Cogliano, El Marco de Referencia
Terrestre Internacional
(ITRF) y el concepto de Geodesia 4D
Los puntos materializados sobre la superficie comienzan a
desplazarse
sobre ella gracias a movimientos tectnicos, mareas terrestres,
entre otros
factores, cambiando as las coordenadas del entorno
constantemente, es por
ello que los modelos de velocidades se hacen imprescindibles,
entonces, las
coordenadas son reducidas a una poca de referencia comn t0 para
luego
asignarles estas velocidades, por lo tanto, las coordenadas
tienen validez
solamente para una poca determinada.
Al momento de determinar las soluciones de ITRF estas se ven
influenciadas por variados factores afectando los resultados,
dichos factores se
detallan en a siguiente lista:
Relaciones entre el ICRS y el ITRS (velocidad de rotacin de
la
Tierra)
Coordenadas a priori de las estaciones
-
9
Modelo de tectnica de placas utilizado, por el cual se estiman
las
velocidades de las estaciones. El modelo utilizado hasta
ITRF2005 fue el NNR-NUVEL-1A, el modelo para ITRF2008 es el
APKIM2005.
La constante de gravitacin y la masa de la Tierra.
El valor de la velocidad de la luz.
Las mareas terrestres y ocenicas.
El estado y marcha de los relojes.
La radiacin solar.
Efectos atmosfricos.
Las variaciones de las antenas receptoras.
Otros.
Por lo tanto, se puede concluir que el ITRF es un marco dinmico,
el cual
cambia a medida que las coordenadas sufren variaciones
temporales, es por
esto que a lo largo del tiempo se han obtenido distintas
soluciones de este
marco, difiriendo entre ellas por la incorporacin de nuevas
estaciones, nuevas
observaciones, mejora en la precisin de stas, nuevos mtodos
de
procesamiento, etc. Adems se debe tener en cuenta que este
materializa el
sistema de referencia de forma fsica y lo realiza de forma
matemtica,
entonces la realizacin del marco debe seguir rigurosamente la
definicin del
sistema.
-
10
2.1.4. Sistema de Referencia Geocntrico para las Amricas
(SIRGAS)
SIRGAS es idntico al sistema internacional de referencia
Terrestre
(ITRS) si se entiende como sistema de referencia, donde la
densificacin
regional del ITRF en Amrica Latina y el Caribe es su realizacin.
Al tomar en
cuenta la variable Tiempo este posee coordenadas relacionadas a
una poca
especfica de referencia, donde a medida que transcurre existirn
velocidades
en cada estacin y un modelo de velocidades que engloba todo el
continente.
Por lo tanto, se obtendrn coordenadas referidas a distintas
pocas y
soluciones ITRF dependiendo de ciertos factores influyentes al
momento de ser
materializadas, sin embargo, al reducirlas a la misma poca y con
soluciones
iguales del ITRF, estas coordenadas sern compatibles a nivel
milimtrico.
Para obtener coordenadas geodsicas se debe utilizar un elipsoide
de
referencia, en este caso se utiliza el GRS-80 de los siguientes
parmetros:
Semieje mayor (a) 6.378.137 m
Aplanamiento (1/f) 298,257222101
Se puede entender entonces que una de las finalidades de SIRGAS
es
unificar los sistemas de referencia existentes en el continente
de Amrica Latina
los cuales difieren completamente.
La red SIRGAS posee hoy en da alrededor de 250 estaciones, donde
48
forman parte del servicio IGS, adems de contar con la
participacin de ms de
50 entidades latinoamericanas de forma voluntaria. Finalmente,
la informacin
colectada por estas estaciones se procesa tanto en centros de
procesamiento
-
11
locales como de forma semanal en el Deutsches Geodtisches
Forschungsinstitut (DGFI).
2.1.5. SIRGAS-CON
SIRGAS-CON se basa en una red de estaciones GNSS de
funcionamiento
continuo que poseen coordenadas de alta precisin (en una poca
de
referencia especfica) y adems toma en cuenta los cambios en el
tiempo
(velocidades de dichas estaciones). Actualmente, esta red se
compone por ms
de 300 estaciones, donde 58 de ellas son parte de la red global
IGS. Estas
estaciones, son parte de contribuciones voluntarias de ms de 50
entidades, las
cuales al haber instalados sus estaciones y ocuparse de su
correcta operacin,
ponen a disposicin de los centros de anlisis las observaciones
de estas.
La red SIRGAS-CON comprende una red de cobertura continental
SIRGAS-C la cual es una densificacin primaria del ITRF en
Latinoamrica. Y
adems comprende redes nacionales de referencia SIRGAS-N redes
las
cuales densifican la red continental y dan acceso al marco de
referencia a nivel
nacional y local. Las estaciones de ambas redes son procesadas
por tres
centros de anlisis y Dichas redes poseen la misma calidad y las
mismas
caractersticas.
Las redes nacionales SIRGAS-N son calculadas por centros de
procesamiento llamados Centros Locales de Procesamiento
SIRGAS
Por otro lado la red SIRGAS-C es procesada semanalmente Por el
centro
DGFI (Alemania). Los centros de la red SIRGAS-N generan
soluciones
semanales semilibres (loosely constrained) para luego
combinarlas con la red
-
12
continental SIRGAS-C donde las velocidades de todas las
estaciones deben ser
compatibles entre si. Los centros encargados para efectuar
estas
combinaciones son el DGFI y el IBGE como Centros de Combinacin
SIRGAS
garantizando que cada una de las estaciones regionales
SIRGAS-CON est
incluida en tres soluciones individuales.
Soluciones semanales semilibres, esto es con el fin de integrar
a
SIRGAS-CON en el poliedro Global del IGS y el clculo de
soluciones multianuales.
Coordenadas semanales ajustadas al ITRF, en la poca de
observacin para aplicaciones en Amrica latina.
Soluciones multianuales (acumuladas), estas son utilizadas
para
aplicaciones cientficas que requieran velocidades.
-
13
Imagen 2.3 Red SIRGAS-CON
Fuente SIRGAS.ORG
-
14
2.2. SISTEMA GLOBAL DE NAVEGACIN POR SATLITE (GNSS)
El sistema GNSS se refiere al conjunto de sistemas de
posicionamiento
global existentes como lo son el GPS, GLONASS, BEIDOU (COMPASS),
con
estos se busca otorgar de posicionamiento espacial y temporal a
cualquier
punto en el mundo, est en agua, tierra o aire determinando as
coordenadas
geogrficas y altitudes para dicho punto.
El concepto GNSS comienza con la implementacin del sistema GPS,
el
cual fue desarrollado en Estados Unidos con fines exclusivamente
militares,
donde este se encontraba controlado por el DoD (Departament of
Defense).
Luego, cuando el gobierno de los Estados Unidos comienza a tener
en cuenta
sus aplicaciones civiles y a analizar la conveniencia de emplear
esta tecnologa
con estos fines, se empiezan a realizar estudios hasta que
finalmente en la
dcada de los 80 se decide emplear el sistema GPS de tal
forma
En cuanto a los dems sistemas se puede encontrar GLONASS, el
cual
fue impulsado por la Unin Sovitica y actualmente es administrado
por la
Federacin Rusa a cargo del ministerio de defensa de ese pas.
Este sistema
nace en la dcada de los 80 y se encuentra operativo con 31
satlites (24 de
ellos en pleno funcionamiento). Por otro lado BEIDOU es un
proyecto de
navegacin satelital de la Republica Popular de China, consta de
2
generaciones donde la primera, que se encuentra operativa desde
el ao 2000,
solo es de cobertura local para Asia pacfica. La segunda est en
proceso de
implementacin, la cual, que tambin es conocida como COMPASS, ser
de
funcionamiento global. Finalmente Galilleo, el cual se trata de
un sistema global
de navegacin por satlite, este est desarrollado por la Unin
Europea (UE), a
diferencia de los sistemas anteriores, este ser de uso
civil.
-
15
2.2.1. Global Positioning System (GPS)
Es un sistema basado en la emisin de seales desde satlites
artificiales,
orbitando alrededor del planeta Tierra a 20.000 km
aproximadamente sobre la
superficie en una red de 24 de estos en total. NAVSTAR
(NAVigation Satellite
Timing And Ranging) es el nombre de esta constelacin. Por lo
tanto, gracias a
estos 24 satlites, el sistema est diseado para que existan 4
satlites al
menos, a la vista del observador en cualquier parte del mundo.
Con estos
satlites el sistema medir una distancia a partir de las seales
que estos
transmiten, conociendo sus rbitas con precisin y captando y
decodificando
dichas seales por medio de receptores ubicados en los puntos
donde se desea
obtener la posicin
Este sistema consta de 3 partes para poder funcionar con
normalidad,
donde la primera es el segmento espacial, el cual est conformado
por los
satlites que componen el sistema de navegacin y de comunicacin,
con
propiedades como altitudes de rbitas de 20200 Km, periodo
orbital de 11horas
y 58 minutos, inclinacin del plano orbital de 55 con respecto al
ecuador,
contando con 6 planos y una cantidad de 24 satlites (4 por
plano). Por otro
lado, el segmento de control se trata de una red global, formada
por un conjunto
de estaciones en tierra que recogen la informacin enviada por el
segmento
espacial, para luego enviarla a una estacin de control,
encargada de aplicar las
correcciones al satlite, tiles para la posicin orbital y
coordenadas
temporales. Este segmento es distinto en cada pas o coalicin de
pases y
finalmente el segmento usuario, ste est conformado por los
equipos que
reciben las seales provenientes del segmento espacial, los
cuales estn
formados por una serie de componentes como la antena receptora,
receptor,
etc.
-
16
2.2.2. GLONASS (Siglas rusas: ;
; Global'naya
Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema)
Es un sistema desarrollado por la Academia de las Ciencias y la
Armada
Sovitica y el ministerio de defensa Ruso entre 1968 y 1969. Cuyo
propsito es
conferir posicionamiento espacial y temporal a cualquier punto
del planeta
Tierra adems de obtener velocidades de estos, ya en 1976 se
aprueba el plan
de desarrollo del sistema en el Comit del partido Comunista
Sovitico y en el
Consejo de Ministros de la URSS.
Este sistema comienza utilizando el sistema geodsico ruso PZ-90
(con
una pequea diferencia al sistema WGS84), pero en 2007, el
sistema fue
actualizado, adoptando el nombre de PZ 90.02, pasando a ser
compatible al
ITRF2000, el cual se ajusta a su vez con WGS84.
Al igual que el sistema GPS, GLONASS tambin consta de 3 partes,
es
decir, el segmento espacial quien representa a la constelacin de
satlites que
forman parte del sistema GLONASS, con altitud de la rbita de
19100 km,
periodo orbital de 11 horas y 15 minutos, inclinacin del plano
de 68.8, 3
planos y 31 satlite (8 satlites por plano, ya que existen 24
activos). En cuanto
al segmento de control, est formado por las estaciones de
control en el
territorio Ruso. Cumple una funcin semejante a la del segmento
de control del
GPS, su sistema de control central se ubica en las cercanas de
Mosc y junto
a las nombradas estaciones de control monitorean la constelacin
de satlites y
ajustan los parmetros orbitales de los satlites continuamente.
As finalmente
el segmento usuario est conformado por los equipos receptores de
las seales
emitidas por el segmento espacial de este sistema.
-
17
2.2.3. BEIDOU
El sistema BeiDou es un proyecto de sistema de navegacin por
satlite,
el cual est siendo desarrollado por la Republica Popular China.
Este sistema
est compuesto por 2 generaciones, BeiDou-1 se trata de un
sistema local de
posicionamiento por satlite, el cual le da servicio a China y
pases cercanos,
este est operativo desde el ao 2000. A diferencia de GPS y
GLONASS este
sistema posee satlites con rbita geoestacionaria, adems calcula
las
coordenadas solo con 2 satlites y una estacin en tierra Por otra
parte,
BeiDou-2 al que tambin se le conoce con el nombre de COMPASS, se
trata de
un sistema global de posicionamiento por satlites, el cual tendr
(ya que aun
no se encuentra operativo) un funcionamiento anlogo a GPS y
GLONASS.
Este poseer 35 satlites de los cuales 5 satlites sern
geoestacionarios para
vincular el nuevo sistema con el antiguo (BeiDou-1). Finalmente
cabe destacar
que en octubre del ao 2004, China se uni al proyecto de
navegacin global
por satlite Galileo, con la firma del acuerdo sobre la
cooperacin en el
programa Galileo, entre la Empresa Comn Galileo (ECG) y el
Centro Nacional
de Teledeteccin de China (NRSCC).
2.2.4. GALILEO
Este es un proyecto de la Unin Europea, para poder evitar la
dependencia de los dems sistemas satelitales, implica a
diferentes
pases que han buscado la forma de actuar conjuntamente para
desarrollar el nuevo sistema. Este sistema tambin se compone de
los
tres segmentos que conforman al sistema GPS y GLONASS, donde
el
segmento espacial constar de 30 satlites (3 de repuesto) en 3
planos a
una altura de 23222 Km y con una inclinacin de 56 sobre el
ecuador
teniendo un periodo de 14 horas. Este segmento ser interoperable
con
GPS y GLONASS. En el segmento de control el componente global
de
-
18
Galileo comprende dos estaciones maestras GCC que llevan a
cabo
funciones de control y de misin con dos segmentos dedicados
en
exclusiva a cada una de estas funciones. [David Abelardo Garca
lvarez,
2008]
2.3. SEAL GNSS
2.3.1. Seal GPS
La seal GNSS est condicionada por los objetivos perseguidos por
los
sistemas GNSS, es decir, segn el mtodo de posicionamiento,
cobertura,
precisiones, etc. En cuanto al sistema GPS, este transmite
informacin
modulada en tres frecuencias, las cuales provienen de un
fundamental f0 =
10.23MHz, estas frecuencias forman parte de la banda L y se
obtienen
amplificando dicha frecuencia fundamental.
L1 = 154 x f0 = 154 x 10.24 MHz = 1575.42 MHz ; = 19.05 cm.
L2 = 120 x f0 = 120 x 10.24 MHz = 1227.60 MHz ; = 24.45 cm.
L5 = 115 x f0 = 115 x 10.24 MHz = 1176.45 MHz ; = 23.43 cm.
Todos los satlites transmiten seales en las frecuencias L1 y L2,
la
frecuencia L5 an se encuentra en pruebas. Estas seales por lo
tanto son las
seales de navegacin (Cdigos) y los datos de navegacin y
sistema
(Mensaje).
Las portadoras tienen 3 modulaciones:
El cdigo binario de adquisicin bruta o grosera (C/A)
(Contenido
en L1).
-
19
El cdigo preciso P (o Y) (Contenido en L1 y L2). Este cdigo
es
de uso restringido, solo para uso militar.
Mensaje de navegacin (Contenido en L1 y L2)
Cdigo C/A:
Duracin: 1 milisegundo.
Frecuencia: 1.024 MHz
Longitud de onda (): 293 metros.
Cdigo P:
Duracin: 266.4 das
Frecuencia: 10.24 MHz
Longitud de onda (): 29 metros.
Cdigos
Un cdigo es un sistema que representa informacin, por lo tanto
se
utiliza para poder transmitir esta. La mayora de estos son
cdigos binarios
de formacin pseudo-aleatoria, llamados cdigos de ruido
pseudo-aleatorio
(PRN) los cuales se encuentran modulados en las frecuencias
portadoras.
Mensaje de navegacin
Es modulado en las frecuencias L1 y L2 a 50 bps con una duracin
de 30
segundos, donde resulta un mensaje de 1500 bits, una pgina tiene
5 prrafos
de 300 bits cada uno, demorando 6 segundos en ser transmitido
cada uno. El
mensaje completo tiene 25 pginas, los prrafos 1, 2 y 3 en cada
una de ellas
-
20
son iguales, los 4 y 5 diferentes. Este mensaje tarda 12.5
minutos en ser
completamente transmitido. Finalmente, el mensaje de navegacin
transmite:
Efemrides de los satlites: Informacin sobre los movimientos
del
satlite en su rbita, esta permite calcular la posicin del
satlite.
Almanaque: informacin sobre la posicin de todos los satlites
del sistema.
Tiempo del sistema
Correcciones de los relojes de los satlites
Nmero de identificacin del satlite.
Salud del satlite.
2.3.2. Seal GLONASS
Esta seal es la proveniente del sistema GLONASS y est formada
por 2
portadoras en la banda L, la portadora L1 la cual est centrada
en la frecuencia
1575.42 MHz (HP, alta precisin) y la portadora en L2 centrada en
la frecuencia
1227.60 MHz (SP, Precisin estndar) esta seal posee 2 cdigos PRN,
C/A y
P (al igual que la seal GPS) y un mensaje de navegacin. Cada
satlite
transmite seales en su propia frecuencia, lo cual evita la
interferencia y permite
la identificacin, estas frecuencias estn dadas por la siguiente
expresin:
= 178 +
16
Donde K es entero entre -7 y 12, Z = 9 para L1 y Z = 7 para
L2.
-
21
2.4. POSICIONAMIENTO POR SATLITES
2.4.1. Observables
El sistema GPS para determinar la posicin de un punto se basa
en
la medida de la distancia entre el satlite y el receptor, para
esto necesita
observaciones que permitan calcular esta distancia. Las
observables son
medidas de estas distancias provenidas de las medidas de tiempo
o por
diferencias de fase, estas basadas en comparaciones entre la
seal del
satlite al ser recibida por el receptor con una rplica de dicha
seal
generada por dicho receptor. El observable bsico GPS es el
Retardo de la
seal o Tiempo dT, con lo que se podr calcular la distancia
aparente
entre el satlite y el receptor a partir de la formula D = c *
dT, donde c es la
velocidad de la luz. Este retardo es lo que demora la seal en ir
desde el
centro de fase del satlite hasta el centro de fase de la antena
del receptor y
para calcularlo este receptor compara el cdigo recibido
(proveniente del
satlite) con una copia generada por dicho receptor. Por lo
tanto, para poder
realizar esta comparacin son necesarios 2 relojes, uno del
satlite, de
carcter atmico y el otro del receptor el cual posee menor
precisin por lo
que los resultados estarn sujetos a errores. Finalmente los
observables se
pueden agrupar en 2 conjuntos:
De tiempo
Cdigo C/A modulado en L1
Cdigo P modulado en L1 y L2
De diferencia de fase de la portadora
Diferencia de fase de la portadora L1
Diferencia de fase de la portadora L2
-
22
2.4.2. Formas de posicionamiento
Como ya se indic, los observables, las cuales son medidas que
a
partir de ellas se podr calcular la posicin del receptor GNSS se
pueden
dividir en dos grupos. Sin embargo existen otras variables que
forman parte
del posicionamiento dando as distintas posibilidades de obtener
posicin
del punto, aunque diferencindose entre s en la precisin de la
solucin, el
tiempo de la obtencin de esta solucin (si es en tiempo real o
con post
proceso), el mtodo utilizado (si es esttico o cinemtico),
etc.
Tipo de observacin
Cdigo
Fase
Tipo de posicionamiento
Absoluto o Autnomo
Relativo o diferencial
Mtodo de posicionamiento
Esttico
Cinemtico
Tipo de obtencin de la solucin
Tiempo real
Post proceso
-
23
Tabla N2.1 Tipos de posicionamiento
Cdigo Fase portadora L1/L2
Absoluto
Navegadores:
* Mtodo: Cinemtico
*Solucin: Tiempo real
PPP:
*Mtodo: Esttico
*Solucin: tiempo real o post
proceso
Relativo
DGPS :
*Mtodo: Esttico o cinemtico
*Solucin: tiempo real o post proceso
RTK:
*Mtodo: Cinemtico
*Solucin: Tiempo real
Alta precisin:
*Mtodo: Cinemtico /
esttico
*Solucin: Post proceso.
Fuente: Geodesia satelital, Ren Zepeda (Modificada)
Tipos de observaciones
Las observaciones como ya se dijo, pueden dividirse en dos
partes, la
medicin por cdigos y la medicin por diferencias de fase, grupos
los
cuales a su vez se subdividen en distintos mtodos de
medicin.
Observacin por cdigos
Por medio de la observacin por cdigos se puede calcular la
pseudodistancia de cdigos. En este tipo de observaciones el
receptor genera
una rplica de la seal enviada por el satlite para as compararlas
mediante
correlacin mxima de productos binarios. Con esto se obtiene
el
desplazamiento de la seal lo que debiera indicar el tiempo que
demora la seal
en llegar desde el satlite al receptor (T) y as obtener la
distancia que esta
seal recorre, ya que la velocidad a la que viaja esta seal es la
velocidad de la
luz y esta es conocida quedando expresada como D = c * T. Sin
embargo los
-
24
relojes de los satlites con los del receptor son distintos, ya
que el satlite
posee relojes atmicos cuya precisin es del orden de 1
nanosegundo y el
receptor, por el alto valor de estos ltimos, posee relojes de
cuarzo, generando
un error en las observaciones ya que existir una desincronizacin
en estas
debiendo ser corregido.
Finalmente la ecuacin de la pseudodistancia teniendo en cuenta
la
correccin de los relojes se debe expresar de la siguiente
forma:
= ( )2 + ( )2 + ( )2 + ( )
Donde:
SD = Pseudodistancia
(X, Y, Z)Si = Coordenadas del satlite, a partir de las
efemrides
(X, Y, Z)R = Coordenadas incgnitas del receptor
c = Velocidad de la luz
T = Correccin de sincronismo del reloj de cada satlite dado en
el
mensaje de navegacin del satlite
t = Correccin de sincronismo incgnita del reloj del
receptor.
Fuente formula: Geodesia satelital; Ren Zepeda
Se necesitan al menos 4 satlites para observar ya que la ecuacin
tiene 4
incgnitas, por lo tanto se necesitan 4 ecuaciones.
La precisin de este mtodo es de 10 m, es un mtodo bsico que
todos
los receptores GPS lo poseen cuyo sistema de ecuacin se
calcula
continuamente cada 1 segundo. Este mtodo es de carcter absoluto
o
autnomo, al necesitarse un solo receptor colectando informacin,
tambin
-
25
existe el mtodo diferencial o relativo para la observacin por
cdigos la cual
toma el nombre de diferencial GPS (DGPS), que es utilizada para
calcular
correcciones a las pseudodistancias medidas, tomando en cuenta
el principio
de que las estaciones cercanas a algunos cientos de Kilmetros
poseen errores
similares, no obstante los tipos de posicionamientos sern
detallados ms
adelante.
Observacin por fase
Estas observaciones consisten en la diferencia existente entre
la fase
portadora recibida por el receptor (proveniente del satlite) con
la fase generada
por el oscilador de este. Esta observable alcanza mayor precisin
que la
pseudodistancia, ya que su longitud de onda es del orden de los
0.20 m y la del
cdigo C/A es de 300 m.
Entonces la distancia entre el satlite y el receptor se calcula
a partir del
nmero de ciclos de la onda portadora (N) el cual se multiplica
por la longitud de
cada uno. Por lo tanto al tener una onda portadora cuya fase es
generada en el
satlite y adems otra fase generada por el receptor la cual
utilizar con el fin
de comparacin. Finalmente en este tipo de observacin es
importante obtener
la ambigedad N adems de las coordenadas del receptor y la
disincrona de
tiempo, esto significa que la observacin de fase tiene una
incgnita ms que la
observacin por cdigos, por lo que no es posible obtener una
solucin con una
sola poca de observaciones, es por esto que el posicionamiento
no es
instantneo.
-
26
Tipos de posicionamiento
El posicionamiento est conformado por dos tipos que se basan en
la
cantidad de receptores operando la medicin, entre otras cosas
como se
describir a continuacin:
Posicionamiento absoluto o autnomo
Este tipo de posicionamiento se caracteriza por efectuar
mediciones con
solo un receptor, el cual captar las seales enviadas por los
satlites. Dentro
de estos tipos de posicionamiento se puede distinguir la
observable utilizada, ya
que dependiendo de esta sern las precisiones que se alcanzarn.
Por el lado
del posicionamiento autnomo por cdigo se tendr una precisin de
10m pero
con la ventaja de que estas soluciones se obtendrn de forma
instantnea. En
el posicionamiento autnomo por fase se obtendrn mayores
precisiones (del
orden de los 2cm) pero se necesitar realizar jornadas de medicin
largas
(mayores a 4 horas).
-
27
Imagen 2.4 Posicionamiento absoluto
Fuente: Hofman-Wellenhof y Moritz, 2005
Posicionamiento relativo o diferencial
Este tipo de posicionamiento utiliza 2 o ms receptores captando
seales
provenientes de los satlites simultneamente y as determinar
sus
coordenadas.
Este modo de posicionamiento produce solo diferencias de
coordenadas
entre receptores (vectores lnea-base) a partir de diferencias
entre las
observaciones simultneas de los receptores. As, la posicin de
uno o varios
receptores es determinada relativa a otro (u otros) con
presumiblemente
coordenadas conocidas, mientras se cancelan o minimizan errores
comunes a
las estaciones (p.ej., errores de las rbitas satelitales,
retardos troposfricos e
ionosfricos, estado de relojes de satlites, entre otros). De los
receptores
involucrados, aquel seleccionado como referencia, o base,
permanece
estacionario (esttico) en un sitio con coordenadas conocidas
precisamente.
Los otros receptores, llamados rover o remotos, a los cuales se
le busca
-
28
determinar sus respectivas posiciones relativas a la estacin
base, pueden o no
permanecer estacionarios, dependiendo de la variante del
posicionamiento GPS
diferencial utilizada. Si coordenadas absolutas del punto de
referencia son
conocidas, entonces el posicionamiento relativo conduce
subsecuentemente a
coordenadas absolutas de los otros puntos [Jekeli, 2000]. El
posicionamiento
relativo reduce los errores que afectan al autnomo bsico
obteniendo por ende
mejores precisiones en las soluciones obtenidas, siempre
teniendo en cuenta la
observable utilizada para la medicin (cdigo o fases portadoras),
donde se
pueden obtener soluciones mtricas o submtricas respectivamente.
Las
precisiones se deben, en principio, a que las mediciones de dos
(o ms)
receptores rastreando simultneamente los mismos satlites
contienen ms o
menos los mismos errores y sesgos; mientras menor sea la
distancia entre los
receptores, ms similares sern los errores [El-Rabbany, 2002]
Figura 2.5. Posicionamiento diferencial.
Fuente: Hofman-Wellenhof y Moritz, 2005.
-
29
Mtodo de posicionamiento
Existen dos mtodos utilizados para colectar informacin y as
lograr
posicionar un punto. De estos mtodos depender la precisin
obtenida, el
tiempo empleado en las observaciones, etc. por lo que dichos
mtodos sern
detallados a continuacin.
Mtodo esttico
Este mtodo utiliza el observable de fase portadora en dos o
ms
receptores, los cuales captan seales provenientes de satlites
comunes
simultneamente y como se indicaba en el posicionamiento
relativo, uno de
estos receptores se ubica sobre un punto conocido mientras que
los otros se
ubican en puntos de coordenadas desconocidas las cuales se
desean conocer.
Este mtodo es el ms preciso ya que puede llegar a conseguir una
precisin
de 1mm + 1 a 2 ppm en la medicin de una lnea base, sin embargo
se
necesitan tiempos de medicin donde los 2 (o ms) receptores estn
estticos
colectando informacin.
Mtodo cinemtico
En el mtodo cinemtico se pueden realizar mediciones de forma
rpida
de varias lneas bases, para esto se deben tener 2 receptores
captando seales
de los satlites, uno en un punto ya conocido y otro en un punto
que se desee
conocer, al igual que el modo esttico, con la diferencia que el
receptor que no
se encuentre en el punto conocido se podr ir moviendo entre
puntos que se
deseen conocer en tiempos cortos.
-
30
Tipo de obtencin de soluciones
Son dos las formas de obtener soluciones para el posicionamiento
en
GNSS y estas se diferencian en el tiempo en que estn disponibles
las
coordenadas de estas posiciones. Estas se conocen como
posicionamiento en
tiempo real y posicionamiento por post-proceso, la primera
obtiene las
coordenadas de forma instantnea, mientras se realizan las
mediciones. Al
contrario de las soluciones en post-proceso, donde estas deben
ser resueltas
posteriormente a la medicin, por lo que se deben descargar los
datos y
procesarlos en un computador con un software especializado.
2.4.3. Errores de las observaciones GNSS
Las observaciones no estn exentas de errores tanto en los
satlites, en
las estaciones, receptores y/o en la propagacin de las seales,
por lo que
estos deben ser corregidos para as obtener soluciones de mayor
precisin y
por ende mejor confiabilidad.
Estos errores son en su mayora de carcter sistemtico, los cuales
son
modelados o minimizados. Dentro de estos errores se pueden
distinguir los que
se detallan en la siguiente tabla:
-
31
Tabla N2.2 Errores de observacin
Fuente Error
Satlite
Error de rbita
Variacin en el centro de fase
Error del reloj
Relatividad
Atraso en el hardware del satlite
Propagacin
Refraccin ionosfrica
Refraccin atmosfera neutra
Multitrayectoria de las seales
Prdida de ciclos
Rotacin terrestre
Receptor / antena
Centro de fase
Error del reloj
Error de los canales
Estaciones
Error de coordenadas
Multitrayectoria
Efectos geodinmicos
Fuente: Geodesia satelital, Ren Zepeda
Errores en los satlites
Error de rbita: Para realizar labores de posicionamiento por
satlites se deben conocer las posiciones de los satlites y esto
es
gracias a las efemrides, donde se diferencian dos tipos, las
efemrides transmitidas y las efemrides precisas. Estas
poseen
una diferencia de aproximadamente 6 metros (segn estudios de
jet propulsion laboratory JPL) y sus precisiones llegan hasta
20m y
0.1m respectivamente. Los errores de estas rbitas son
-
32
traspasados totalmente a las coordenadas que se estn
obteniendo.
Wells entrega una frmula matemtica que relaciona los
vectores con sus errores y la distancia al satlite con el error
de la
posicin de este.
=
Donde:
b = Error de la lnea base
b = Longitud de la lnea base
r = Error de la posicin del satlite
r = Distancia al satlite (2200 km aprox. Para GPS)
Si se tiene un error de la posicin del satlite de 2.5m para
distintas longitudes de la lnea base, se tendrn los
siguientes
errores de dichas posiciones.
Tabla N 2.3 Errores de la lnea base
b (Km) b (mm)
1 0.1
10 1.1
100 11.4
1000 113.6 Fuente: Elaboracin propia
Si se quieren precisiones de 1mm aprox. Se pueden utilizar
las efemrides transmitidas solo hasta lneas bases de 10 Km,
para mayor distancia se debern utilizar efemrides precisas.
-
33
Variacin en el centro de fase del satlite: Existe una
diferencia
(offset) entre el centro de fase de la antena del satlite
(punto
donde se emiten las seales) y el centro de masa de este. El
problema de esto es que las efemrides entregan la posicin
del
centro de masa y no del centro de fase, por lo tanto en las
observaciones de alta precisin se deben aplicar las
correcciones
que corresponden a pesar de que en el posicionamiento
diferencial estos efectos se reducen. El IGS utiliza ciertos
valores
para estos offset, los cuales se indican en la siguiente
tabla:
Tabla N 2.4 Offset centro de fase satlites
Satlite X (m) Y (m) Z (m)
Block I 0.2100 0.0000 0.8540
Block II 0.2790 0.0000 1.0230
Block IIA 0.2790 0.0000 1.0230
Block IIR 0.0000 0.0000 0.0000
Fuente: Taller de sistemas de referencia; Drewes Sanches.
Error del reloj: Como se indic anteriormente, los satlites
son
monitoreados por el segmento de control (incluyendo sus
relojes)
los cuales a pesar de tener gran precisin, estos no son
exactos,
por lo que tambin es un factor a corregir.
El error del reloj en cierto instante se calcular de la
siguiente
forma:
= 0 + 1 + 2 ( )2
Donde: a0, a1 y a2 = Coef. transmitidos.
Toc = instante de referencia del reloj
-
34
Relatividad: Es otro error que afecta a los relojes, esto es
debido
a que el satlite viaja a distinta velocidad de la del receptor
y
adems estn sometidos a campos gravitacionales distintos, por
lo que la frecuencia relativa entre ambos se ve alterada,
debiendo
reducir la frecuencia de los relojes del satlite en 4.55*103
Hz
antes del lanzamiento, para as compensar el error.
Atraso en el hardware del satlite: Ya que las portadoras
tomas
distintos caminos por el hardware del satlite, estas causan
este
retraso, sin embargo se remueve en la fase de calibracin del
receptor.
Errores de propagacin
Refraccin atmosfrica (Ionsfera): Como lo indica el
fenmeno de refraccin de una onda, estas se ven afectadas
en su trayectoria y en su velocidad al pasar de un medio a
otro
de distinta densidad entre otras caractersticas fsicas que
se
presenten, por lo tanto la refraccin sufrida en la ionsfera
es
distinta a la ocurrida en la tropsfera. La ionsfera se
encuentra entre los 50 y 1000 km de altura y la actividad
solar
juega un rol importante en esta zona, ya que es esta en
conjunto con la densidad de electrones los que afectan a las
observaciones. Esta actividad solar vara con el tiempo,
donde
en los periodos mximos las observaciones satelitales no son
confiables. En las zonas ecuatoriales hay densidades de
electrones muy alta y en las zonas polares hay variaciones
grandes en tiempos cortos, en las zonas medias la ionosfera
es
suave pero existen tempestades errantes que generan
perturbaciones de igual forma entre 10km y 100km.
-
35
Figura 2.6 Refraccin atmosfrica.
Fuente: Taller de sistemas de referencia; Drewes Sanches.
La ionsfera est compuesta por diferentes capas debido a
que la radiacin ultra violeta y rayos x que vienen del sol
son
absorbidos en funcin de la altura. Por lo que adems de la
densidad de electrones los retrasos se deben a la frecuencia
de
las ondas transmitidas, provocando errores de 1m a centenas
de
estos.
El coeficiente de refraccin ionosfrica para mediciones de
fase es [Seeber]:
= 1 40.3 2
Dnde:
ne: Densidad de electrones
f: frecuencia portadora
-
36
Refraccin atmosfrica (atmsfera neutra): La atmosfera
neutra es la suma de la troposfera y la estratosfera y se
encuentra
de 0 a 50km de altura. Las seales GNSS en este lugar sufren
refraccin por factores climticos (cambios de temperatura,
presin, vapor de agua, etc). En esta zona el ndice de
refraccin
es positivo y no depende de la frecuencia a diferencia de la
refraccin ionosfrica, es decir, la troposfera es un medio no
dispersivo donde el retardo para L1 y L2 es igual. El efecto
provocado va desde algunos metros a 30m aproximadamente.
Para la parametrizacin existen varios modelos como los de
Hopfield y Saastamoinen que modelan la refraccin troposfrica
seca (90% del efecto total).
Multitrayectoria: Al recibir la seal del satlite la antena
receptora
capta adems los reflejos de estas seales en superficies
cercanas, esto provoca una superposicin de las seales
(directa
y reflejada) desplazando la fase en los datos observados.
Este
efecto genera errores de hasta 50 metros aproximadamente en
mediciones de pseudadistancia y hasta 5 cm aproximadamente
en
diferencias de fase. Para minimizar este efecto se
recomienda:
la utilizacin de antenas de determinado diseo como por
ejemplo la antena Choke ring.
Una seleccin previa de puntos contemplando el entorno
(lejanos a edificios y cuerpos de agua, etc.)
Sesiones largas para conseguir promedios del efecto.
Perdida de ciclos: La antena cuenta los ciclos, donde la fase
al
pasar de 2 a cero este contador aumenta, todo esto para
-
37
rastrear la parte fraccionaria de la fase. Si hay perdida de
seal la
ambigedad se ver afectada, ya que esta est referida al
inicio
del rastreo, donde la parte entera se ver afectada. Para
corregir
este error, los software poseen algoritmos, sin embargo, si
estas
prdidas son demasiadas, la observacin quedar sin solucin.
Rotacin terrestre: El clculo de coordenadas se produce en el
instante en que se transmiten los datos, sin embargo al
mismo
tiempo la Tierra rota alrededor de su eje lo que produce un
error
en la observacin, por lo que las coordenadas del satlite son
corregidas con un ngulo en una matriz de rotacin.
= ( )
Donde es la velocidad angular terrestre y (tr ts) tiempo
de propagacin y la matriz es de la siguiente forma:
=
1 0 1 00 0 1
```
Errores de antena
Centro de fase: Las observaciones satelitales se realizan a
partir
del centro de fase elctrico de la antena receptora (punto
donde
se recibe la seal) y este no coincide con el centro mecnico,
al
necesitar coordenadas materializadas en la superficie del
terreno
se deber corregir este offset. Para esto se debe tener en
cuenta
que entre centro de fase de la antena y la materializacin
del
punto en la superficie se forma un vector, el cual est
compuesto
-
38
por la distancia entre el punto en la superficie y el punto
de
referencia de la antena (ARP) lo cual se conoce como altura
instrumental yla distancia entre el ARP y el centro de fase
verdadero, lo que se conoce como offset del centro de fase.
El
centro de fase vara segn el modelo de la antena, no es fijo
con
respecto a la geometra de la antena ya que vara segn la
direccin que llega la seal a esta y no es igual el de L1 y el
de
L2. El centrado y nivelado de la antena es de mucha
importancia
ya que este error no se puede corregir posteriormente.
La correccin de las variaciones del centro de fase est
compuesta por:
Un offset medio r0 del centro de fase: vector con respecto
al ARP, promediado a partir de los valores determinados en
diferentes elevaciones.
Variacin en funcin del ngulo de elevacin y el
azimut del satlite: correcciones del centro de fase =
(Z, ) con respecto al offset medio r0. [Drewes].
La dilucin de la precisin (DOP): Los satlites visibles
poseen una geometra con respecto al receptor, el DOP
evala la calidad de esta geometra, el cual es inverso del
volumen del cuerpo formado por 4 satlites y es receptor.
Por lo tanto se puede entender del DOP que es un
coeficiente adimensional que cuantifica la contribucin de la
geometra relativa de la constelacin de satlites observada
a la prediccin de una posicin fija, este coeficiente vara
-
39
segn la disposicin de los satlites. Este es representado
por un escalar que multiplica al error medio cuadrtico de
las mediciones. A mayor DOP menor precisin,
dependiendo de la distribucin de los satlites en el suelo
para que el DOP sea aceptable.
2.5. NETWORKED TRANSPORT OF RTCM VIA INTERNET PROTOCOL
(NTRIP)
Es un protocolo construido para distribuir flujos de datos GNSS
a
receptores va internet, donde para desarrollarlo se tuvo que
unificar los
formatos de transmisin RTK, ya que cada fabricante utilizaba uno
propio y
adems se debi presentar una alternativa a los servicios de
correccin en
tiempo real suministrados por transmisiones de radio UHF, VHF,
etc., esta
alternativa era ms econmica y eficiente.
Este protocolo es la capa de transporte, los datos transmitidos
se
encuentran en formato RTCM (en versiones 2.3, 3.0 y 3.1) formato
que contiene
en sus tres versiones las observables GPS y GLONASS, la
definicin y tipo de
antena, coordenadas de la estacin de referencia, correcciones de
cdigo y
fase y en la versin 3.0 adems transmite un mensaje de solucin de
red, el
cual est formado por las correcciones diferenciales de varias
estaciones
permanentes, con el fin de aumentar la calidad de las soluciones
de
posicionamiento en tiempo real.
2.5.1. Componentes NTRIP
El sistema NTRIP est conformado por 3 componentes, los cuales
se
detallan a continuacin:
-
40
Servidores NTRIP: Este componente lo forman las fuentes o
estaciones permanentes GNSS, las cuales transfieren datos RTCM
al
siguiente componente del NTRIP Caster NTRIP por medio de una
conexin TCP/IP. Estos servidores mandan el nombre de la fuente
y
otros parmetros referidos a dicha fuente.
Caster NTRIP: Se trata de un servidor de internet que controla
los
flujos de datos que vienen de las fuentes y adems chequea
los
mensajes recibidos de los clientes NTRIP y controlan si los
usuarios
poseen autorizacin para luego si esto es as, transferir los
flujos de
datos RTCM.
Clientes NTRIP: Este componente se refiere a la serie de
receptores
de los flujos de datos RTCM, luego de ser autorizados por el
casterNTRIP.
2.5.2. Factores que afectan las observaciones con mtodo
NTRIP
La tcnica NTRIP posee factores que producen errores en las
mediciones adems de los factores propios de la medicin como los
errores
presentes en la estacin de referencia. Estos factores se
describen a
continuacin:
Ancho de banda: Esto se refiere a la cantidad de informacin
capaz de
mandarse en una unidad de tiempo determinada (generalmente
el
segundo) Expresandose en bits/s (bits por segundo), Kbits/s o
Mbits/s. El
-
41
problema surge cuando un caster NTRIP posee un ancho de banda no
lo
suficiente alto, se presentarn problemas al conectarse varios
usuarios a
la vez.
Cobertura celular: Si se utiliza como modem un telfono celular
para
realizar una medicin con NTRIP se debe saber que los
telfonos
celulares, al comunicarse por ondas de radio el buen
funcionamiento
depende de una serie de factores, como por ejemplo la cercana
del
celular con respecto a la base con la que se est
comunicando,
obstculos fsicos, etc. imposibilitando la transmisin de datos
GNSS en
tiempo real.
Cambio de celda: Se refiere a un caso similar al de la cobertura
de
celular, ya que tambin tiene que ver con la perdida de seal de
estos.
La cobertura de los celulares est pensada formando mltiples
celdas en
formas hexagonales con una estacin base cada una de 26 km
cuadrados aproximadamente, por lo tanto la transmisin mediante
NTRIP
puede afectarse al encontrarse en lugares donde no haya ninguna
o muy
pocas celdas, ya que la seal de los celulares de comienza a
debilitar.
2.6. POSICIONAMIENTO POR PUNTO PRECISO (PPP)
2.6.1. Antecedentes generales
El Posicionamiento GPS de Punto Preciso (PPP) fue introducido
por
Zumberge et al. [1997] como una tcnica de anlisis, eficiente y
robusta, para
grandes arreglos de receptores GPS en redes geodsicas
permanentes.
[Acua, 2008]
-
42
El posicionamiento por punto preciso es un servicio de acceso
libre (en la
mayora de los casos) el cual es utilizado para obtener
soluciones de
coordenadas a partir de observaciones GNSS. Este tipo de
posicionamiento usa
datos de medicin con fase portadora de forma autnoma (absoluta),
es decir,
observaciones provenientes de un solo receptor, adems de datos
de
correccin de errores de relojes de los satlites y rbitas
precisas, junto a un
esquema de modelamiento adicional de errores, todo esto con el
fin de obtener
as soluciones cuya precisin gire en torno al centmetro/decmetro.
Como la
medicin no se realiza simultneamente con otra estacin en
coordenadas
conocidas, el servicio PPP no est limitado a una longitud de
lnea base,
obteniendo resultados independientes de ajustes o realizaciones
de redes
planimtricas.
Figura 2.7 Geometra PPP
Fuente: Introduccin al Posicionamiento GPS de Punto Preciso
(PPP), Gustavo
Acua
Al no ser el mtodo PPP una tcnica diferencial, el datum geodsico
no se
define por restricciones asignadas a estaciones de referencia,
sino por
informacin de relojes satelitales y de rbitas. Por otra parte la
consistencia
entre los parmetros de rotacin de la Tierra y las correcciones
del reloj de los
-
43
satlites es sumamente importante para obtener soluciones
precisas, para esto
se debe usar informacin de la misma fuente.
Para que este mtodo se lleve a cabo se debe tener en cuenta una
serie
de correcciones, procedimientos, parmetros, entre otras
consideraciones, por
lo que a continuacin se detallarn los componentes fundamentales
del PPP
donde se incorporan dichos conceptos.
2.6.2. Ecuaciones de observacin.
Con las siguientes ecuaciones de observacin simplificadas se
relacionan las observaciones de doble frecuencia y las de
pseudo-distancia
a las coordenadas del receptor y a los parmetros de error del
reloj del
receptor, Retardo troposfrico, ambigedad y ruidos de la
medicin
= + + +
= + + + +
Donde:
lp = combinacin ionosfera libre de L1 y L2 para medicin de
pseudo-distancia.
l = Combinacin ionosfera libre de L1 y L2 para medicin de la
fase portadora.
dT = Desfase entre el reloj del receptor y el tiempo GPS.
dt = Desfase entre el reloj del satlite y el tiempo GPS.
c = Velocidad de la luz.
Tr = Retardo de la seal por atmosfera neutra.
N = Ambigedad no entera.
-
44
1, 2, = longitudes de onda de las fases portadoras L1 y L2.
p, = Componentes del ruido de las mediciones (se incluye la
multitrayectoria).
es la distancia geomtrica entre la posicin del satlite en el
instante t y la posicin del receptor en el instante T. Esta
distancia
se calcula del siguiente modo.
= 2 + 2 + ( )2
Y adems el instante T es:
= + /
En el mtodo PPP se utilizan habitualmente productos precisos del
IGS
lo que implica lo siguiente:
Correccin del reloj del satlite (dt) se considera conocida
Retardo troposfrico Tr se puede expersar como un producto
del
retardo cenital troposfrico zpd y una funcin de mapeo M
Por lo tanto la expresin quedar dada por:
= + + + = 0
= + + + +
2.6.3. Correcciones para el mtodo PPP
As como se presentaron anteriormente (Pgina 30) algunos
errores
ocurridos en las observaciones GNSS, en esta ocasin se detallan
las
correcciones utilizadas en el mtodo PPP especficamente, las
cuales se
pueden dividir en tres tipos como se indica a continuacin:
-
45
Tabla N 2.5: Correcciones en el mtodo PPP
Efectos del satlite Desplazamiento de la antena del satlite
Fase Wind-up
Efectos de desplazamiento del
sitio de observacin
Mareas terrestres
Deformacin rotacional debido al
movimiento polar
Carga ocenica
Carga atmosfrica
Parmetros de rotacin de la Tierra
Correccin a los relojes de los satlites
Correccin por relatividad a los relojes de
los satlites
Variacin del centro de fase de antenas
de los receptores
Sesgos diferenciales de cdigos
Fuente: Elaboracin propia
Efectos del satlite
Desplazamiento de la antena del satlite: Como las mediciones
GNSS se realizan con respecto al centro de fase de la antena
del
satlite a diferencia de los productos precisos del IGS para
los
satlites (rbitas y relojes) y de los modelos utilizados para
el
modelado de la rbita de estos, los cuales son referidos al
centro
de masa de dicho satlite, se debe conocer dicho desfase para
efectuar la correccin.
Fase Wind-Up: Las fases portadoras que se observan, dependen
de la orientacin de las antenas implicadas (Receptor y
Satlites),
-
46
ya que si cualquiera de estas se rota alrededor de su eje
vertical la
fase portadora cambiar hasta por un ciclo. A este fenmeno se
le
llama Phase Wind-up. Esta correccin es significativa en
observaciones GNSS de carcter absoluta, en cuanto a las
observaciones diferenciales no es tomada en cuenta
habitualmente. Al fijar relojes satelitales IGS en dichas
observaciones absolutas se puede llegar a alcanzar medio
ciclo
por lo que este organismo aplica esta correccin desde 1994.
Si
esta correccin se despreciara y se fijaran las rbitas y
relojes
IGS, los errores resultantes de la posicin y de relojes ser
del
nivel decimtrico.
Efectos de desplazamiento del sitio de observacin
Mareas terrestres: La existencia de los potenciales
gravitatorios
lunar y solar, variables segn las distancias entre el astro y
el
punto, origina una fuerza perturbadora variable, cuyo efecto
es
que tanto la direccin de la vertical como la intensidad de
la
gravedad de un lugar no sean constantes, produciendo
deformaciones elsticas sobre l superficie terrestre. [Carlos
Machn, 1969]
Deformacin rotacional debido al movimiento polar (mareas
del polo): La marea del polo es la respuesta elstica de la
corteza
terrestre a los cambios en el eje de rotacin de la Tierra
[Bock,
1998]. Estos movimientos causan deformaciones peridicas
debido a cambios diminutos en el potencial centrfugo
terrestre
[Kouba, 2003].
-
47
Carga ocenica: Los desplazamientos verticales peridicos de
las masas de agua generados por el potencial luni-solar
provocan
fenmenos de carga sobre el fondo ocenico que originan una
respuesta indirecta de la corteza llamado efecto ocenico
indirecto
(EOI) o efecto de carga ocenica de marea cuyo efecto produce
desplazamientos de la corteza (vertical y horizontal),
variaciones
de gravedad e inclinacin y extensiones. [Ana Carolina
Pedraza
De Marchi y Claudia Tocho, 2011]
Carga atmosfrica: La carga atmosfrica es la respuesta
elstica
de la corteza de la Tierra a la variante-en-el-tiempo
distribucin de
la presin atmosfrica [Bock, 1998]. Este efecto puede
alcanzar
una magnitud de varios mm (siempre menor a 1 cm) en
desplazamiento vertical de la estacin. A diferencia de la
carga
ocenica, la carga atmosfrica no tiene una fuerza de
tendencia
peridica bien entendida.[Acua. 2008] sin embargo esta carga
se puede estimar mediante modelos que utilizan presiones
instantneas y promedio.
Parmetros de rotacin de la Tierra (ERP): estos parmetro
facilitan la transformacin exacta entre los marcos de
referencia
celestre y terrestre del IERS [Acua,2008] Los cuales se
describen por: las coordenadas de posicin del polo norte
instantneo xp, yp y la diferencia de tiempo UT1-UTC, junto
con
las convenciones para el tiempo sidreo, precesin y nutacin
[McCarthy y Petit, 2004].
-
48
Correccin a los relojes de los satlites: Introduciendo
correcciones al reloj de los satlites con consistente
informacin
orbital y de ERPs puede calcularse (en aplicaciones PPP) la
posicin (o posiciones cinemticas por poca) de una estacin
sencilla con alta precisin, as como las correcciones por poca
al
reloj del receptor. Los resultados sern tambin consistentes
con
la solucin que produjo la rbita satelital, la informacin de
orientacin de la Tierra y las correcciones a los relojes
satelitales.
[Dach et al., 2007].
Correccin por relatividad a los relojes de los satlites: Los
relojes atmicos en los satlites estn afectados por
relatividad
especial (debido la velocidad del satlite) y relatividad general
(por
la diferencia en el potencial gravitacional para la posicin
del
satlite respecto al potencial en la superficie de la Tierra)
[Leick,
2004]. Tales efectos son considerados en GPS mediante la
correccin por relatividad [ICD-GPS-200, 1991].
Variacin del centro de fase de antenas de los receptores: El
centro de fase de la antena del receptor es el punto de
referencia
en el posicionamiento GNSS. Se necesita conocer la relacin
entre dicho punto y otro externo que sea accesible (ARP,
antenna
reference point) para la medicin de la altura de la antena, a
fin de
vincular la posicin determinada por GPS con el monumento o
marca geodsica en tierra [Leick, 2004]. Sin embargo el centro
de
fase vara con el ngulo de elevacin de las seales incidentes
enviadas por el satlite a la antena. La relacin entre el ARP y
el
centro de fase es parametrizada en trminos de
desplazamientos
del centro fase (PCO, phase center offsets) y variaciones
del
-
49
centro de fase (PCV, phase center variations). El mayor
desplazamiento es en altura, el cual puede alcanzar el
decmetro
o ms. Los PCO y PVC tambin dependen de la frecuencia, y
obviamente, del modelo de la antena. Estas correcciones en
PPP
son obligatorias.
2.6.4. Tipos de posicionamiento PPP
Existen distintos tipos de posicionamiento PPP, entre los cuales
destacan,
segn la forma de obtencin de la solucin, los realizados en
tiempo real y los
realizados en post-proceso, adems cada uno de estos posee un
mtodo
esttico y un mtodo cinemtico.
Posicionamiento PPP en post-proceso (PP-PPP)
Actualmente, PPP en post-proceso (PP-PPP) ofrece las precisiones
ms
comparables a la tcnica diferencial GPS, para esto adems
existen
servicios gratuitos para llevar a cabo las soluciones, las
cuales obtienen
precisiones centimtricas. En este caso, los usuarios cargan
archivos RINEX
observados a estos servicios en lnea o software (Como RTKLIB o
BNC) y la
solucin es calculada de forma automtica, sin embargo, este
mtodo
requiere largas horas de medicin para mejorar exactitudes
[Rizos. 2010].
Posicionamiento PPP en tiempo real (RT-PPP)
En este tipo de PPP se presentan nuevas dificultades, las cuales
tienen
que ver con la disponibilidad de la recepcin de datos en tiempo
real, sobre
un enlace de comunicaciones inalmbricas, en un formato estndar
que
permita receptores GNSS para operar de forma fiable con
restricciones
-
50
mnimas y con relativa facilidad. Los datos son transmitidos en
un formato
estndar llamado RTCM por algn medio fsico, como los de corto
alcance
VHF / UHF, WiFi, telefona mvil o enlace de comunicaciones por
satlite. A
diferencia del PP-PPP para garantizar el posicionamiento de
precisin
centimtrica, las orbitas precisas y los relojes precisos son
requeridos,
adems esta informacin debe ser en tiempo real (o con muy baja
latencia)
Real Time eXtended (RTX)
Se trata de un posicionamiento PPP, sin embargo se sustenta de
una red
de estaciones de referencia continua mundial (similar a las del
IGS) la cual
permite clculos de rbitas de satlite y correcciones de reloj
precisos,
mientras que una red de estaciones de referencia continua
regional se utiliza
para determinar las correcciones atmosfricas locales. Sin
embargo, al ser
un sistema privado no se utilizan los formatos de mensaje
estndar
Mtodo PPP esttico
Lo se vio anterior mente a cerca del PPP tradicional es lo
concerniente al
PPP en mtodo esttico, es decir, se estudia (o mide) un punto el
cual se
encuentra quieto, filtrando la informacin con la finalidad de
que los
resultados sean lo ms exactos posibles. Este mtodo puede ser
utilizado
en post proceso y en tiempo real
Mtodo PPP Cinemtico
Esta variante refiere a la aplicacin del PPP para la
determinacin
poca-por-poca de la posicin de un receptor GPS en movimiento
u
operando de forma estacionaria [Zumberge et al., 1997b], [Han et
al., 2000].
En el PPP cinemtico, las caractersticas de la informacin precisa
de los
relojes satelitales (disponibilidad, calidad y resolucin) es el
factor ms
importante. Con la precisin actual de las rbitas precisas
finales y,
-
51
especialmente, de los relojes satelitales del IGS en el nivel de
0.1 ns (3 cm),
el algoritmo del PPP cinemtico puede aplicarse para fcilmente
obtener
posiciones absolutas con calidad sub-decmtrica, en los mismos
tiempos
para los cuales la informacin precisa sobre los relojes est
disponible [Shen
and Gao, 2002].
2.7. FORMATO RTCM
Con el fin de hacer posible la comunicacin en el sistema GNSS se
han
desarrollado una serie de formatos, uno de estos es el RTCM.
Este se ha
desarrollado formando nuevas versiones con el fin de mejorar el
envo de datos
y la integridad de estos. Hay 64 tipos de mensajes que pueden
ser contenidos
por este formato. En cuanto a su estructura, este posee en cada
registro varios
tipos de mensajes para varios contenidos (Mensaje 1, mensaje
2,..., Mensaje N)
y cada mensaje cuenta con un encabezado donde se indica el tipo
de mensaje,
la hora, la duracin del mensaje. Y tambin consta con el cuerpo,
en el cual se
encuentran los datos para cada caso.
2.7.1. Versiones RTCM
Las versiones ms importantes de este formato son por lo
tanto:
RTCM 2.0: Solo utilizable para GPS Diferencial, donde su
exactitud en
esta versin es de 1 metro aproximadamente, No contiene
informacin
de las fases de la portadora, por lo que RTK no es posible.
Utiliza
mensajes tipo 1, 3 y 9
-
52
RT