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Sistemas de Navegación por Satélite



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1 Sistema Navstar GPS El sistema GPS fue puesto en marcha por el departamento de defensa de EEUU en 1973 Los satelites del sistema GPS proporcionan señales que permiten calcular la posición, velocidad y tiempo en el receptor Un receptor GPS emplea simultaneamente las señales de 4 satelites para calcular su posición (X, Y, Z) y la hora
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2 Bloque Espacial El bloque espacial consiste en 24 satelites que completan una órbita cada 12h Los satelites repiten diariamente la misma traza en tierra (se adelantan 4 minutos cada día) Existen 6 planos orbitales igualmente espaciados (60º) y con una inclinación de 55º respecto al plano ecuatorial Dentro de cada plano orbital hay nominalmente 4 satélites Esta constelación proporciona entre 5 y 8 satélites visibles desde cualquier lugar de la tierra y a cualquier hora
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3 Constelación GPS Altitud media: 11.000 millas
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4 Trazas en tierra de los satélites
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5 Bloque de Control El bloque de control consiste en cinco estaciones terrestres situadas alrededor del mundo
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6 La estación central de control se encuentra situada en la base aérea de Schriever en EEUU. Las estaciones monitoras reciben las señales de los satélites y calculan la órbita exacta. Los errores existentes en la información orbital de cada satélite (ephemeris data) son calculados y la información corregida es enviada a cada satélite.
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7 Bloque de Usuario El bloque de usuario está compuesto por receptores GPS. Empleando las señales de cuatro satélites un receptor GPS puede calcular la posición en el espacio tridimansional (X, Y, Z) y el tiempo (UTC) La aplicación principal del sistema GPS es la navegación en tres dimensiones (X, Y, Z)
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8 Servicios de Posicionamiento GPS Precise Positioning Service (PPS) Aplicaciones militares: uso restringido a usuarios autorizados por el gobierno de EEUU con equipos que dispongan de llaves criptográficas especiales Precisión del sistema PPS: 22 metros de precisión horizontal 27,7 metros de precisión vertical 100 nanosegundos de precisión en el cálculo del tiempo
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9 Standard Positioning Service (SPS) Uso civil: de uso general sin restricciones ni coste adicional Precisión inferior al sistema PPS: 100 metros de precisión horizontal 156 metros de precisión vertical 340 nanosegundos de precisión en el cálculo del tiempo
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10 Señales de los Satélites GPS Los satélites GPS transmiten dos señales de microondas: Señal L1(1575,42 MHz): transmite la señal de navegación y el código SPS Señal L2 (1227,6 MHz): empleada para compensar las variaciones producidas por cambios en las condiciones de propagación en la ionosfera en receptores PPS Dentro de las señales L1 y L2 se transmiten 3 códigos binarios: Código C/A (Coarse Acquisition) Código P (Precise) Mensaje de navegación (Navigation Message)
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11 Código C/A Es la base del sistema de posicionamiento para uso civil SPS El código C/A es una secuencia pseudo aleatoria de 1.023 bits (PRN Pseudo-Random Noise) que se repite cada milisegundo y que modula la señal L1 expandiendo su espectro en una banda de 1MHz El código C/A es diferente para cada satélite
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12 Código P El código P es una secuencia pseudo aleatoria (PRN Pseudo-Random Noise) que se transmite a 10 Mbps y que se repite cada 10 dias (!!!) El código P modula las señales L1 y L2 En el modo de operación anti-interferencias (Anti-Spoofing) el código P se transfroma en el código Y mediante técnicas especiales de encriptación El código P (Y) es la base del sistema preciso de posicionamiento PPS
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13 Mensaje de Navegación El mensaje de navegación modula el código de la señal L1-C/A. El mensaje de navegación se transmite a 50 bps y contiene información acerca de la órbita del satélite, correcciones de reloj y otros parámetros del sistema.
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14 Datos del Mensaje de Navegación (I) El mensaje de navegación esta organizado en tramas y subtramas.Una trama consiste en 1500 bits organizados en 5 subtramas de 300 bits de 6 segundos de duración. Las tramas se transmiten cada 30 segundos. Las tres primeras subtramas contienen las correcciones horarias e información precisa de la órbita del satélite (ephemeris data parameters). Las restantes subtramas se emplean para transmitir información del sistema. El mensaje de navegación está compuesto por un total de 25 tramas y tiene una duración total de 12,5 minutos.
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15 Datos del Mensaje de Navegación (II)
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16 Datos del Mensaje de Navegación (III) Las efemérides del satélite (Ephemeris data parameters) describen la órbita del satélite con gran precisión para un intervalo corto de tiempo. Normalmente, el receptor actualiza los datos de la órbita cada hora. Pero se pueden utilizar los datos durante cuatro horas con un error pequeño. Los almanaques (Almanac data parameters) contienen información aproximada de la órbita de todos los satélites GPS. Describen la órbita para intervalos largos de tiempo (meses en algunos casos). El tiempo de puesta en marcha de un receptor GPS puede reducirse empleando la información de los almanaques. De esta forma se puede dar una posición inicial aproximada del receptor y estimar el corrimiento Doppler de la frecuencia de las señales de cada satélite.