jueves, 16 de junio de 2011

Sistemas GPS y GLONASS

El GPS es un sistema de radionavegación por satélite que utiliza telemediciones desde los satélites del GPS para determinar la posición y la hora precisas en cualquier parte del mundo. El sistema es administrado para el gobierno de los Estados Unidos por la Fuerza Aérea de los Estados Unidos, el explotador del sistema.

El Servicio normalizado de determinación de la posición (SPS) proporciona un código de adquisición aproximado (código C/A) con centro en la frecuencia L1 (1 575,42 MHz).

La disponibilidad selectiva (SA) es un conjunto de técnicas para denegar la exactitud completa y seleccionar el nivel de precisión para determinación de la posición, la velocidad y la hora del GPS disponible para los usuarios de la señal del SPS. El servicio SA del GPS fue suspendido el 1 de mayo de 2000.

El GPS tiene tres segmentos principales: espacial, de control y de usuario.

El segmento espacial del GPS

Está constituido por 24 satélites en seis planos orbitales. Los satélites funcionan en órbitas casi circulares de 20 200 km (10 900 NM), con un ángulo de inclinación de 55º respecto al ecuador, y cada uno de los satélites completa una órbita aproximadamente en 12 horas.

Las órbitas de los satélites están dispuestas de modo que haya un mínimo de 4 satélites con una dilución de precisión de la posición (PDOP) de 6 y con 5º de ángulo de enmascaramiento a la vista de los usuarios, y ofrecen una disponibilidad mundial en promedio del 99,75% a base de 24 satélites operacionales. Los satélites radiodifunden un código seudoaleatorio basado en una señal de temporización y un mensaje de datos que el equipo de a bordo procesa para obtener la posición y el estado de los satélites. Los parámetros orbitales de cada satélite exactamente medidos (datos de efemérides) se transmiten como parte de un mensaje de datos enviado en la señal del GPS.

El segmento de control del GPS

Tiene cinco estaciones de vigilancia y tres antenas de tierra con capacidad de enlace ascendente. Las estaciones de vigilancia utilizan un receptor del GPS para seguir pasivamente la pista a todos los satélites que están a la vista y para acumular datos telemétricos a partir de las señales de los satélites. La información proveniente de las estaciones de vigilancia se procesa en la estación principal de control para determinar la hora de los satélites y los estados de sus órbitas y para actualizar el mensaje de navegación de cada satélite. Esta información se transmite a los satélites por conducto de las antenas de tierra, que se utilizan también para transmitir y recibir información sobre condición de salud y control.

El segmento de usuario del GPS

Consta de una antena y de un receptor procesador para recibir y calcular las soluciones de navegación que proporcionan la posición y la hora precisa al usuario.
Conociendo el lugar preciso de cada satélite y adaptando con exactitud la hora a la de los relojes atómicos a bordo de los satélites, el receptor puede solucionar cuatro ecuaciones simultáneas para la diferencia horaria y los tres componentes de la posición.

Se necesitan mediciones desde un mínimo de cuatro satélites para establecer la posición en tres dimensiones y la hora. Se requieren tres mediciones de satélite para determinar la posición en dos dimensiones y la hora, si se conoce la altitud. La exactitud depende de la precisión de las mediciones desde los satélites y de la geometría de los satélites que se estén utilizando.


SISTEMA MUNDIAL DE NAVEGACIÓN POR SATÉLITE (GLONASS)

El GLONASS proporciona señales desde el espacio para la determinación exacta de la posición, de la velocidad y de la hora a los usuarios adecuadamente equipados. La cobertura de navegación es continua en todo el mundo y en cualquier condición meteorológica. Las determinaciones de la posición y de la velocidad en tres dimensiones se basan en la medición de la hora de tránsito y en el desplazamiento Doppler de las señales RF transmitidas por los satélites del GLONASS. El sistema es administrado por el Ministerio de Defensa del gobierno de la Federación de Rusia.

El segmento espacial nominal del GLONASS consta de 24 satélites operacionales y varios de reserva. La órbita de los satélites del GLONASS está a una altitud de 19 100 km (10 325 NM).

El mensaje de navegación transmitido desde cada satélite consta de las coordenadas del satélite, de los componentes del vector de la velocidad, de correcciones en la hora del sistema GLONASS y de información sobre la condición de salud del satélite. Para obtener un punto de referencia del sistema, el receptor del usuario sigue la pista por lo menos a cuatro señales de satélites, ya sea simultáneamente o en secuencia, y resuelve cuatro ecuaciones simultáneas respecto a los tres componentes de la posición y la hora.

El canal de exactitud normal (CSA) tiene un acceso múltiple por distribución de frecuencias (FDMA). Cada canal está centrado en la frecuencia L1 = 1 602 MHz + n * 0,5625 MHz, siendo “n” el número del canal de frecuencia (n = 0,1.2...). Cada satélite transmite señales en su propia frecuencia. No obstante, estos satélites colocados en sectores antípodas de planos orbitales y que no aparecen al mismo tiempo a la vista del usuario, tienen la misma frecuencia. A partir de 1998, los canales del GLONASS empezaron a desplazarse a frecuencias inferiores hasta que la gama del espectro pasó de 1 598 a 1 604,25 MHz.

Un mensaje de datos de navegación del GLONASS proporciona información relativa al estado del satélite que transmite en cada caso, junto con información sobre el resto de la constelación de satélites. Desde la perspectiva del usuario, los elementos primarios de información en una transmisión de satélite GLONASS son los parámetros de corrección de reloj y la posición del satélite (efemérides).
Las correcciones de reloj del GLONASS proporcionan datos detallando la diferencia entre la hora del satélite de que se trate y la hora del sistema GLONASS, que está relacionada con el tiempo universal coordinado (UTC).


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