Sistema de navegación por posicionamiento Cap-4

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Sistema de navegación por posicionamiento Cap-4

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En 1957, cuando se lanzó el Sputnik, se observó que empleando el efecto Doppler a sus señales de radio se podía estimar su velocidad relativa al observador.

A partir de la velocidad relativa se podía encontrar la posición relativa, y suponiendo que el observador conociera su posición perfectamente, por tanto se encontraba la posición del Sputnik.

Se plantea la idea de invertir este cálculo: conocida la posición del satélite, y utilizando señales de radio, determinar la posición del observador.

  • ·         Un primer sistema satelital es el sistema TRANSIT:
  • ·         5 satélites en órbita polar baja y 5 repuestos.
  • ·         Empleaba el efecto Doppler para obtener medidas 2-D de la posición, con precisión de 200{400 m.
  • ·         En servicio desde 1965 hasta 1991.
  • ·         Actualización de posición cada 30 minutos (Ø = 80º)-110 minutos (Ø = 0º).

En los años 60 agencias de EE.UU. (NASA, DoD…) se interesan por desarrollar un sistema:

  • ·         Global.
  • ·         3-D.
  • ·         De gran precisión.
  • ·         Con operación continua.
  • ·         Útil en plataformas de dinámica rápida.

En los años 70 nace el GPS (Global Positioning System) que satisface los criterios y es pasivo: permite infinitos usuarios.

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El sistema en su concepción es de naturaleza militar.

  • ·         1978: Se lanza el primer satélite.
  • ·         Años 80: el sistema es operacional.
  • ·         Años 90: modernización; el uso civil supera al militar.
  • ·         2000: Se desconecta la S.A. (Selective Availability).

Otros sistemas: Glonass (Rusia, global, activado en 1995 y reparado en 2011), Beidou (China, local, año 2000) y Beidou-2 o Compass(China, global, 2020), Galileo (UE, arranque en 2011, puesta en marcha en 2019?).

GPS SEGMENTO ESPACIAL.

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Constelación de 24 satélites (nominal) distribuidos en 6 planos orbitales, con 4 satélites por plano. Órbitas circulares.

La constelación se ubica en órbita media, con una altitud aproximada de 20200 kilometros sobre la Tierra.

Satélites NAVSTAR, fabricados por Rockwell International. Pesan 860 kg.

Cada satélite lleva a bordo un reloj atómico sincronizado con el tiempo GPS.

Cada satélite emite continuamente un mensaje en dos frecuencias: L1(1575.42 Mhz), L2(1227.6MHz).

El mensaje tiene 2 partes: C/A code (coarse/adquisition) y P code (precisión).

Contienen una secuencia que permite estimar el tiempo de recepción e información sobre la localización del satélite (efemérides).

SEGMENTO DE CONTROL

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Segmento de control: red que monitoriza el estado de los satélites.

Actualiza con observaciones la posición real de los satélites (efemérides).

Sincroniza los relojes atómicos.

Controlado por el ejército. La estación de control maestra está en Colorado (Schriever AFB).

SEGMENTO DE USUARIO

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Dispositivo que emplea un usuario de GPS para obtener su posición a partir de las señales recibidas. Para ello implementa un algoritmo de estimación de posición.

Requiere: receptor de radio, reloj de cuarzo.

Contiene un propagador de órbitas: calcula la posición de los satélites a partir de las efemérides.

El GPS fue concebido con uso dual, civil o militar.

La señal militar está encriptada, y permite mayor precisión (PPS=Precise Positioning System). La señal civil tenía ruido añadido para hacerla menos precisa (SPS=Standard Positioning System). Esta adición de ruido se denominaba S.A.=Selective Availability, pero se desactivó en 2000, incrementando la precisión SPS.

Las precisiones mínimas SPS son del orden de 13m. 2drms horizontal, 22m 2-ơ vertical, 0.2m/s 2-ơ en velocidad y 40ns 2-ơ en tiempo.

 

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