Procesamiento Ppp de Observaciones Gnss Utilizando Software Libre Rtklib

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

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.

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

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.

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


3.2. Caractersticas y compatibilidades 58

3.3. Funciones y aplicaciones 60

CAPITULO IV DESARROLLO 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


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


4.5. 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

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


SNTI 91



EILA 93



CSNO 94


xi


CSNO 96


Imagen 5.11 RTKPLOT, Grfico PPP-RT Estacin de referencia continua DGF2

mtodo esttico 98


mtodo esttico Componentes convergidas 98


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



TALC 105



SNTI 106


xii


SNTI 107



SNTI 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

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Procesamiento Ppp de Observaciones Gnss Utilizando Software Libre Rtklib