Gnss Preguntas Practicas (Lg-dm)

Interpretación de Imágenes Satelitales LG-DM

1) ¿Qué es un Sistema de Navegación y para qué sirve?

Sistema de Navegación es una constelación de satélites que es utilizado para el posicionamiento y localización de puntos sobre el Planeta Tierra. Un receptor es capaz de determinar su posición en cuatro dimensiones: longitud, latitud, altitud y tiempo. Vienen a sustituir las constelaciones de estrellas y los astros que nos servían antes para estos fines.Componentes: - Segmento espacial: envía la señal que se recibe en los segmentos de control y usuario. - Segmento de control: recibe la señal del segmento de espacio, monitoriza y actualiza información enviando correcciones a los satélites si es preciso. - Segmento de usuario: recibe información procedente del segmento espacial y calcula su posición.

2) ¿Qué es un GNSS? Como funciona y sus aplicaciones.

GNSS viene de las siglas de Global Navigation Satellite System. La navegación se basa en el cálculo por triangulación. Se conocen las posiciones exactas de los satélites para cada momento por la exactitud de los relojes atómicos. Triangulando con al menos tres de éstos podemos identificar exactamente las coordenadas del punto que queremos referenciar. La redundancia de señales recibidas por el receptor en tierra hace los cálculos de cada una de las señales de los satélites percibidos para mayor precisión. Hacen falta al menos tres, pero preferiblemente que sean cuatro los usados en la triangulación. El cuarto aporta además datos de altitud del punto estudiado.Aplicaciones:1) usos militares (determina su origen) 2) navegación aérea, marítima y terrestre3) Sincronización con relojes nucleares4) Localización (LBS) poder localizar teléfonos celulares y comunicarse5) Topografía y Geodesia6) Sistemas de Información Geográfica7) Dispositivos de rastreo en animales, vehículos, personas, etc.8) Meteorología, Prevención Desastres Naturales9) Todas las relacionadas con el movimiento Tectónico, Vulcanología10) Cada día se abre más el espectro de uso del GNSS

3) ¿Qué sistemas existen en la actualidad?

En la actualidad existen dos seguros para nuestra área: Sistema de Posicionamiento Global (Global Positioning System = GPS), de los Estados Unidos de Norteamérica y el Sistema Orbital Mundial de Navegación por Satélite = GLONASS de la Federación Rusa. Estos son los que han llegado a formar las constelaciones que forman parte del concepto GNSS.Otros sistemas están siendo implementados y forman o formarán parte del sistema GNSS como la GALILEO de la Unión Europea, BEIDOU o COMPASS de China, QZSS


de Japón, IRNSS de la India. Brasil está trabajando en la propia así como Australia y otros países en menor grado.

4) Las diferencias que existen entre los sistemas GNSS-1 y GNSS-

2, y la evolución de esta tecnología.

GNSS-1 con las constelaciones de GPS y GLONASS junto con SBAS, GBAS, ABASGNSS-2 con GPS-2F, GLONASS-K (tercera Generación), GALILEO, COMPASS Chino y las actualizaciones que mencionaremos en otras preguntas.

5) Su funcionamiento a nivel técnico.

GNSS está compuesta de todos los sistemas: GPS, GLONASS, GALILEO, COMPASS, BEIDOU y las correcciones por WASS-EGNOS, y otros en desarrollo.GPS contiene 24 de 30 satélites enviando señales a la Tierra desde unos 20,000 Km de altura y cada satélite localizado por la antena recibe señal de identificación y hora de cada uno de ellos. Con al menos tres localizados se sincroniza el reloj GPS y calcula el tiempo de llegada de la señal, se realiza una triangulación (método de trilateración inversa) y conocidas las distancias entre satélites respecto del punto de medición se determina la posición relativa de la antena.

Las frecuencias usadas por GPS son: Civil: 1575.42 MHz (L1) Utiliza el código de Adquisición Aproximativa (C/A)Militar: 1227.60 MHz (L2) Utiliza el código de Precisión (P), cifradoNivel de Potencia de la señal 160dBW en superficie tierraPolarización: circular dextrógira

NOTA: En tabla contenida en este trabajo (en respuesta a 7) aparecen detalles de las tres principales y en tabla separada datos de la Constelación BeiDou China en proceso rápido de instalación.

6) La estructura básica de un GNSS, las señales que emite, fuentes

de error, sistemas de aumento, etc.

ESTRUCTURA BÁSICA


El interfaz de GPS define dos enlaces RF, L1 y L2, por los que se transmiten las señales GPS. Dichos enlaces proveen de los códigos de posicionamiento y los datos necesarios, contenidos en el mensaje de navegación, para que el GPS lleve a cabo sus funciones.Los dos enlaces se encuentran en la banda L de frecuencias, y proveen de los dos servicios GPS, que son el SPS y el PPS. La señal SPS se transmite por L1, mientras que la PPS es transmitida por ambos enlaces, lo que hace este servicio más robusto frente a errores, al transmitir de forma redundante la información por L1 y L2, llamada de “doble frecuencia”.

SEÑALES QUE EMITE

Las señales de navegación de los enlaces L1 y L2 se transmiten en espectro ensanchado y están moduladas por uno o más trenes de bits modulados en cuadratura, cada uno de los cuales está formado normalmente por la suma en módulo 2 del código de posicionamiento Pseudo Random Noise (PRN) y el mensaje de navegación.

El espectro ensanchado es una técnica para transmitir señales con muy poca potencia en un gran ancho de banda. Esta técnica se basa en la definición de capacidad de canal, ya que se puede intercambiar un parámetro como es el ancho de banda W, por otro como la potencia transmitida S, sin perder capacidad de transmisión El GPS utiliza la técnica de CDMA como método de acceso múltiple al canal en cada uno de sus enlaces para poder distinguir que satélite transmite la información, ya que cada satélite tiene un código PRN periódico propio.


Cada satélite retransmite los datos requeridos para llevar a cabo el proceso de posicionamiento a través del mensaje de navegación. El mensaje de navegación consiste en un conjunto de 25 tramas de 1500 bits cada una, formadas a su vez por un conjunto de cinco sub-tramas


etiquetadas de 300 bits cada una. Cada trama se transmite en 30 segundos por lo que la tasa es de 50 bps, y el tiempo de transmisión de un mensaje de navegación (25 tramas) es de 12.5 minutos

Cada subtrama contiene distinta información:

Subtrama 1: datos de corrección de reloj. Subtramas 2 y 3: datos de efemérides, que describen la órbita de

cada satélite por un espacio de tiempo. Dicha órbita es calculada por el satélite en base a unos parámetros y ecuaciones.

Subtramas 4 y 5: páginas con datos del sistema como información UTC (tiempo de transmisión del satélite) o datos de almanaque de todos los satélites que nos dan una posición aproximada de la órbita de cada uno y que ayudan a calcular los errores de propagación, así como a determinar el estado de la constelación y buscar los satélites más apropiados para recibir señales. Cada satélite es capaz de almacenar datos de navegación de los últimos 60 días (tiempo mínimo de comunicación con el segmento de tierra).

FUENTES DE ERRORLa información procedente de cada satélite que viaja en una señal puede verse afectada por distintas fuentes de error:

Efectos atmosféricos Efectos multi-trayecto Errores de efemérides y reloj Errores debidos a la relatividad Disponibilidad selectiva

Estos errores degradan la precisión del servicio por lo que han surgido sistemas de mejora para obtener mayores prestaciones.

SISTEMAS DE AUMENTOABAS son sistemas que emplean más de 4 satélites para detectar fallas de información.

RAIM (Sistema Monitor de Integridad Autónoma del Receptor: Calcula la posición con 4 satélites de 5 ó 6 visibles. La aeronave puede ser actuar como otro satélite porque se conoce su posición.

FDE (Sistema de Identificación y Exclusión de Fallas) permite descartar el satélite defectuoso y emplear el GNSS normalmente. Usado por aeronaves.

GBAS estos no dependen de satélites Geo (estacionarios) se emplea en distancias cortas para dotar de mayor precisión al GPS y GLONASS en el tráfico aéreo.

SBAS es sistema de aumento desarrollados por distintos países basados en el uso de satélites estacionarios para mejorar las informaciones de GPS y GLONASS. Mejoran la precisión de 20-70 ms a entre 1-10 ms. Toman señales con mayor rapidez: de 15 minutos a segundos para informar de un fallo. Aumentar la disponibilidad del 95-98% hasta el 99.97% que tiene EGNOS


WAAS es un sistema muy complejo que tiene componentes terrestres y espaciales. Existen unas 59 estaciones base (Wide Area Reference Stations =WRS) que reciben la señal de los satélites GPS y están mejorando su posición cada segundo. Esta posición se revisa contantemente para detectar cualquier error en la señal GPS. Estas estaciones base pasan la información por redes a dos estaciones maestras Wide-area Master Station WMS que procesa los datos y generan las correcciones diferenciales por medio de 6 antenas para la retransmisión de datos GES y 3 satélites Geoestacionarios.


7) Prestaciones de los actuales sistemas GNSS.

PRESTACIONES DE SISTEMAS SATELITALES COMPARADAS

GPS (SPS) GLONASS (SP) GALILEO (OS)

COBERTURA GLOBAL LOCAL GLOBAL LOCAL GLOBAL LOCAL

Similar al GPS

Sistema

de aumento EGNOS

Frecuencia dual:

Sistema de

aumento EGNOS

PRECISIÓN H < 4m H = horizontal V < 8mV = vertical H < 20m H < 1m H < 50m V < 20m V < 2m V < 70m Frecuencia

mono:

H < 1m H = 15m V < 1m V = 35m

DISPONIBILIDAD 95% 95-99% 99.7% 99.7% 99.8% 99.8%

INTEGRIDAD NO SI NO SI NO SI

No. de satélites 24 24 30 (27+3)Planos orbitales 6 3 3Sat/plano orbital 4 8 10inclinación orbital 55º 64.8º 56ºExcentricidad nominal 0 0radio orbital 26560 km 25510 km 23222 kmPeríodo orbital 11h 58 min 11h 15 min 14h

Separación señales CDMA FDMAPortadora L1: 1575.42 MHz L1: 1602.56-1615.5 MHz

L2: 1227.60 MHz L2: 1246.43- 1256.5 MHz

Código C/A (L1) 1023 MHz 0.511 MHz

Código P (L1, L2) 10.23 MHz 5.110 MHz

MENSAJE DE NAVEGACIÓN

Duración (min) 12.5 2.5

Capacidad (bits) 37500 7500

dur. Palabra (seg) 0.6 2

cap. Palabra (bit) 30 100

Palabras/trama 50 15Elementos de Coor. Cartesianas Geocéntricas,


Kepler

Efemérides modificadosvelocidades y aceleraciones

GENERAL

Referencia temporal UTC (USNO) UTC (SU)

Coord. Espaciales WGS84 SGS85

Disponibilidad selectiva SI NO

Antispoofing Código SI NO

BEIDOU: Datos de la Constelación

8) ¿Qué diferencia existe entre Radiación y Radiocomunicación?

Ambas son propagación de energía en forma de ondas electromagnéticas en el vacío o a través de un medio natural. La diferencia entre ambas es la longitud de onda de cada una de ellas. La radiación puede desplazarse al vacío y la radiocomunicación usa medios naturalesHay diferentes tipos de radiación: electromagnética, ionizante, térmica, de Cerenkov, corpuscular, solar, nuclear, de cuerpo negro, no ionizante, cósmica y otras. Todas son estudiadas particularmente. Nos interesa la radiación electromagnética que consiste en la propagación de energía en forma de ondas que son perpendiculares entre sí (magnética y eléctrica). Un cuerpo caliente (por encima del 0 absoluto = 273 ºKelvin) emitirá ondas electromagnéticas. La cantidad de energía radiante emitida o calor radiado se ha medido dando lugar a la fórmula de Stefan-Boltzmann determinado la relación estre el calor radiado y su temperatura absoluta a la cuarta potencia. En el espectro electromagnético, podemos


observar desde los potentes Rayos Gamma (con longitud de onda medida en picómetros =10-12 metros y 1022 Hertz1), hasta las ondas de radio con longitud de onda de hasta 1 kilómetro (103 metros).1 Nota: 1 Hertz o Hercio (Hz) es la unidad de frecuencia = Un ciclo por segundo

Radiocomunicación es una forma de telecomunicación a través de ondas de radio (llamadas ondas hertzianas). Esta comunicación se realiza a través del espectro radioeléctrico que tiene sus propiedades dependiendo de su banda de frecuencia. Desde 1GHz las bandas se identifican como microondas. Sobre 300GHz la atmósfera terrestre es opaca a esta banda, hasta que llega a los rangos de frecuencia, infrarrojos y ópticos (mayor longitud de onda por lo que menor frecuencia o Hertz), donde vuelve a ser transparente.

A continuación el espectro radioeléctrico.

ESPECTRO RADIOELÉCTRICO

Nombre Abreviatura Inglesa

Banda ITU

Frecuencias Longitud de Onda

< 3 Hz > 100,000 KmFrecuencia extremadamente baja

ELF 1 3-30 Hz100,000-10,000

Km

Super baja Frecuencia SLF 2 30-300 Hz 10,000-1,000 Km

Ultra baja Frecuencia ULF 3 300-3000 Hz 1,000-100 Km

Muy baja Frecuencia VLF 4 3-30KHz 100-10 Km

Baja Frecuencia LF 5 30-300 KHz 10-1 Km

Media Frecuencia MF 6 300-3000 KHz 1 Km-100 m

Alta Frecuencia HF 7 3-30 MHz 100-10 m

Muy alta Frecuencia VHF 8 30-300 MHz 10-1 m

Ultra alta Frecuencia UHF 9 300-3000

MHz1 m-100 mm

Super alta Frecuencia SHF 10 3-30 GHz 100-10 mm

Frecuencia extremadamente alta

EHF 11 30-300 GHz 10-1 mm

> 300 GHz < 1 mm


RADIO COMUNICACIÓN: Las bandas ELF, SLF, UHF y VLF se encuentran entre 20 y 20,000 Hz son de audiofrecuencia. Son ondas de presión como el sonido y a esta velocidad se desplazan necesitando un medio para transportarse.

Las ondas de radiofrecuencia, al ser electromagnéticas, se desplazan a la velocidad de la luz y sin necesidad de medio de transporte. Se desplazan igualmente al vacío o en cualquier medio natural como la atmósfera.

9) Acuerdos multilaterales para el uso de los actuales sistemas

GNSS, como son el GPS, GLONASS y Galileo, así como los

acuerdos de interoperabilidad.

La formación del Comité Internacional en GNSS (ICG) en el seno de las Naciones Unidas ha consolidado el uso y desarrollo del Sistema.En reuniones celebradas en diversas partes del mundo han confirmado la declaración de Viena: “Milenio Espacial para el Desarrollo Humanno”. Esta declaración invita a la acción, entre otras cosas, a mejorar la eficiencia y seguridad del transporte, búsqueda y rescate, geodesia y otras actividades que promuevan la ampliación del acceso universal y compatibilidad del Sistema de Navegación y Posicionamiento Espacial.El comité de las Naciones Unidas, en respuesta a estas declaraciones, creó en el 2001 el “United Nations Committee on the Peaceful uses of Outer Space” (COPUOS) estableciendo el “Action Team on Global Navigation Satellite Systems”

Me permito anexar algunas noticias de INSIDE GNSSFollowing the Third United Nations Conference on the Exploration and Peaceful Uses

of Outer Space (UNISPACE III), held in 1999, in its resolution 54/68, the United

Nations General Assembly endorsed the "Vienna Declaration: Space Millennium for

Human Development". The Vienna Declaration called for action, among other

matters, to improve the efficiency and security of transport, search and rescue,

geodesy and other activities by promoting the enhancement of, universal access to

and compatibility of, space-based navigation and positioning systems. In response to

that call, in 2001 the United Nations Committee on the Peaceful Uses of Outer Space

http://www.unoosa.org/oosa/unisp-3/index.html

http://www.unoosa.org/oosa/unisp-3/index.html


(COPUOS) established the Action Team on Global Navigation Satellite Systems

( GNSS) to carry out those actions under the chairmanship of Italy and the United

States of America. The Action Team on GNSS, consisting of 38 member States and 15

inter-governmental and non-governmental organizations, recommended, among

other things, that an International Committee on GNSS (ICG) should be established to

promote the use of GNSS infrastructure on a global basis and to facilitate exchange

of information. The Committee included this recommendation in the Plan of Action

proposed in its report to the General Assembly on the review of the implementation

of the recommendations of UNISPACE III. In 2004, in its resolution 59/2, the General

Assembly endorsed the Plan of Action. In the same resolution, the General Assembly

invited GNSS and augmentation system providers to consider establishing an ICG in

order to maximize the benefits of the use and applications of GNSS to support

sustainable development ( A/AC.105/846).

At the "United Nations International Meeting for the Establishment of the

International Committee on Global Navigation Satellite Systems (ICG)" held on 1- 2

December 2005 in Vienna, Austria, the ICG was established on a voluntary basis as

an informal body for the purpose of promoting cooperation, as appropriate, on

matters of mutual interest related to civil satellite-based positioning, navigation,

timing, and value-added services, as well as compatibility and interoperability among

the GNSS systems, while increasing their use to support sustainable development,

particularly in the developing countries. The participants in the meeting agreed on an

establishment of the ICG information portal, to be hosted by UNOOSA, as a portal for

users of GNSS services.

China’s Compass navigation system (Beidou II) will offer 10 services — five free “open” services, and

five restricted “authorized” services — centered at eight different carrier frequencies.

Compass signals will include a variety of modulations (quad phase skip keying, binary offset carrier

[BOC], and multiplex BOC) both in phase and in quadrature, PRN code chip rates and navigation data

bit rates, and bandwidths. (See accompanying table.) Open services will be transmitted on the B1 in-

phase, B1-BOC, B2 in-phase, B2-BOC, and L5 frequencies; authorized service will appear on B1

quadrature, B1-2, B2 quadrature, B3, and B3-BOC frequencies.

Chuang Shi, deputy director of the GPS Research Center at Wuhan University, provided the details

during a presentation on Compass at the ICG Experts Meeting held July 15 in Montreal, Canada, in

conjunction with the 37th assembly of the International Council for Science’s Committee on Space

Research (COSPAR).

http://www.unoosa.org/act2005/icg/index.html

http://www.unoosa.org/act2005/icg/index.html

http://www.unoosa.org/oosa/en/SAP/activitiesrep/index.html#AC105_846

http://www.unoosa.org/oosa/SAP/gnss/index.html


At the ICG experts meeting, Shi also described development of a Multi-Constellation Augmentation

Service System (MASS) in China, designed to generate precise orbit determination of GPS,

GLONASS, Galileo, and Compass satellites. MASS will provide wide-area and local area precise point

positioning via Internet connections.

Shi presented the results of observations conducted by the nation’s reference network during the 7.9-

magnitude (Richter scale) Wen-chuan earthquake in Sichuan Province last May. The MASS network

station at Xian recorded a 16-centimeter northerly displacement about 2 minutes and 45 seconds that

occurred following the initial quake and a 12-centimeter easterly deformation.

10) Estructura del mercado GNSS. Situación del mercado

actual y como concluye el estudio de mercado.

Los organismos amparados por la Organización de las Naciones Unidas con el apoyo de m´ñas de 55 países garantizan la eficiencia del sistema GNSS y su desarrollo.Cada día más se usa el GNSS para diferentes actividades favorables al desarrollo humano y el cuidado del planeta. Es una herramienta que cada día se populariza más dando excelentes resultados. El mercado que se abre para implementar SIG, topografía, Geodesia, Agricultura, Meteorología, Comunicación, Tráfico de Información, rastrear o seguimiento mediante la instalación de detectores en flotillas de vehículos, aeronaves, animales en peligro de extinción, buques de transporte de pasajeros y mercancía, etc., está en pleno desarrollo. Ha experimentado un crecimiento anual del 27% desde los 90 hasta principios del siglo XXILa garantía de que este GNSS no falle, si alguno de los países que controlan las constelaciones decide bloquear las señales, es una preocupación que ha provocado que existan opciones alternativas en países como China, Japón, India para mencionar al menos tres. Otros están en la búsqueda de opciones optimizando la recepción de las señales.



Las señales que transmite cada satélite son:_ Señal E1: es una señal de acceso abierto que comprende un canal dedicado a datos y otro a

la portadora (L1-B y L1-C respectivamente). Se compone de códigos PRN y un mensaje de

navegación (I/Nav) no encriptados a los que pueden acceder todos los usuarios. Contiene

mensajes de integridad no encriptados, así como datos comerciales encriptados. Su tasa de

datos es de 125 bps. La señal E1ofrece los servicios OS, CS y SoL.

_ Señal LP1: es una señal de acceso restringido que se transmite por el canal L1-

A. Tanto los códigos PRN como el mensaje de navegación, que se conoce como

G/Nav están encriptados y prestan servicios gubernamentales.

_ Señal E6: es una señal de tipo comercial que posee dos canales, uno de datos y otro de

portadora (E6-B, E6-C). Sus códigos de posicionamiento y el mensaje de navegación están

encriptados mediante un algoritmo comercial. Su mensaje de navegación es el C/Nav. Su tasa

de datos es de 500 bps. Se usa para CS.

_ Señal E6P: es una señal de acceso restringido que se transmite por el canal E6-

A. Sus códigos PRN y el mensaje de navegación están encriptados mediante un algoritmo

gubernamental. El mensaje de navegación es del tipo G/Nav.

_ Señal E5a: es la señal de servicio abierto que se ofrece por la banda E5 e incluye los canales

de información y portadora (E5b-I y E5b-Q). Sus códigos de posicionamiento y su mensaje de

navegación (F/Nav) no están encriptados.

Provee de información básica de apoyo a la función de navegación y función de tiempo. Se usa

para OS y su tasa es de 25 bps.

_ Señal E5b: es una señal de acceso abierto que comprende un canal dedicado a datos y otro

a la portadora (E5b-I y E5b-Q respectivamente). Se compone de códigos PRN no encriptados y

un mensaje (I/Nav) de navegación a los que pueden acceder todos los usuarios. Contiene

mensajes de integridad no encriptado y datos comerciales encriptados. Ofrece CS, OS y

servicio SoL.

Cada enlace emplea un tipo de modulación distinta. En función del tipo de modulación la tasa

de chips variará:

_ Las bandas E5a y E5b se procesan como un solo ancho de banda. Las señales de

E5 se transmiten usando la técnica AltBOC(15,10) con tasa de chips

10*f0=10.23 Mcps.

_ Para E6 se utiliza la técnica BPSK con una tasa de chips de 5*f0=5.115 Mcps.

_ Para E1 la técnica BOC con tasa f0=1.023 Mcps.

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