Sistema De Posicionamiento Global

Sistema De Posicionamiento Global

Sistema de Posicionamiento Global

La Sistema de Posicionamiento Global (GPS) Es un espacio basado en sistema mundial de navegación por satélite (GNSS) que proporciona fiable ubicación y el tiempo de la información en todo tiempo y en todo momento y en cualquier lugar o cerca de la Tierra cuando y donde hay una línea de visión sin obstáculos a cuatro o más satélites GPS. Es mantenida por el De los Estados Unidos gobierno y es de libre acceso por cualquier persona con un receptor GPS. Además de los sistemas GPS de otros están en uso o en desarrollo. El ruso Sistema Mundial de Navegación por Satélite (GLONASS) Fue utilizado por los militares rusos sólo hasta 2007. También hay prevista la china Brújula sistema de navegación y Sistema Galileo de posicionamiento de la Unión Europea (UE). GPS fue creado y realizado por el EE.UU. Departamento de Defensa (USDOD) y se ejecutó inicialmente con 24 satélites. Fue establecido en 1973 para superar las limitaciones de los sistemas de navegación anterior.[1] Contenido [ocultar]

1 Historia 1.1 Línea de tiempo y la modernización 2 Estructura 3 Aplicaciones 3.1 Civiles 3.1.1 Restricciones de uso civil 3.2 Militar 3.3 Premios

4 Concepto básico de GPS 4.1 Posición introducción de cálculo 4.2 La corrección de reloj de un receptor GPS

5 Sistema de segmentación 5.1 Del segmento espacial 5.2 Control del segmento 5.3 Usuario segmento

6 Comunicación 6.1 Formato del mensaje 6.2 Satélite frecuencias 6.2.1 Demodulación y decodificación

7 Navegación ecuaciones 8 Métodos de solución de las ecuaciones de navegación 9 Fuentes de error y el análisis

10 Mejora la precisión y de estudio 10.1 Aumento 10.2 Precisos de vigilancia 10.3 De hora normal 10.4 Portador de seguimiento de fase (topografía) 11 Otros sistemas 12 Véase también 13 Notas 14 Referencias 15 Lea más 16 Enlaces externos

Historia

El diseño del GPS se basa en parte en similares sistemas de navegación basados en tierra de radio, tales como LORAN y el Decca Navigator desarrollado en la década de 1940, y utilizado durante La Segunda Guerra Mundial. En el año 1956 Friedwardt Winterberg[2] propuso una prueba de la relatividad general con precisión relojes atómicos puso en órbita los satélites artificiales. Para alcanzar los requisitos de precisión, el GPS utiliza los principios de la relatividad general para corregir los relojes de los satélites atómica. inspiración adicional para el GPS se produjo cuando el La Unión Soviética lanzó el primer satélite artificial, Sputnik en el año 1957. Un equipo de científicos de EE.UU. dirigido por el Dr. Richard B. Kershner fueron el control de las transmisiones de radio del Sputnik. Ellos descubrieron que, debido a la Efecto Doppler, La frecuencia de la señal que se transmite por el Sputnik fue mayor a medida que el satélite se acercó, y menor a medida que continuaba lejos de ellos. Se dieron cuenta de que, debido a que conocían su ubicación exacta en el mundo, que podrían determinar que el satélite estaba a lo largo de su órbita mediante la medición de la distorsión Doppler (véase Tránsito (por satélite)).

El primer satélite del sistema de navegación, Tránsito, Utilizado por el Marina de los Estados Unidos, Fue la primera probado con éxito en 1960. Se utiliza una constelación de cinco satélites y podría proporcionar una solución de navegación aproximadamente una vez por hora. En 1967, la Marina de EE.UU. desarrolló el Timation satélite que demostró la capacidad de colocar relojes de precisión en el espacio, una tecnología que se basa en GPS. En la década de 1970, la base en tierra Omega sistema de navegación, Sobre la base de comparación de la fase de transmisión de la señal a partir de pares de estaciones,[3] convirtió en el primer sistema mundial de radionavegación. Sin embargo, las limitaciones de estos sistemas llevó a la necesidad de una solución de navegación más universal con mayor precisión.

Si bien no se necesita gran precisión para la navegación en los sectores militares y civiles, casi ninguno de ellos fueron vistos como justificación para los miles de millones de dólares que costaría en investigación, desarrollo, implementación y operación de una compleja constelación de satélites de navegación. Sin embargo, durante la La Guerra Fría carrera de armamentos, La amenaza nuclear para la existencia misma de los Estados Unidos fue la necesidad de que se justifica este coste en el punto de vista del Congreso de los EE.UU.. Este efecto disuasorio es la razón por GPS ha sido financiado. La tríada nuclear consistió en la de Marina de los EE.UU. lanzados desde submarinos de misiles balísticos (SLBM), junto con bombarderos estratégicos de la Fuerza Aérea de los EE.UU. y los misiles balísticos intercontinentales (ICBM). Considera vital para el la disuasión nuclear la postura, la determinación exacta de la posición de lanzamiento desde submarinos fue un multiplicador de fuerza.

Navegación precisa permitiría a los submarinos de EE.UU. para lograr una corrección precisa de sus posiciones anteriores al lanzamiento de su SLBM.[4] Los EE.UU. la Fuerza Aérea con dos tercios de la tríada nuclear también había requisitos para un sistema de navegación más exacta y fiable. La Marina y la Fuerza Aérea estaban desarrollando sus propias tecnologías en paralelo para resolver lo que era esencialmente el mismo problema. Para aumentar la capacidad de supervivencia de los misiles balísticos intercontinentales, hubo una propuesta de utilización de plataformas móviles de lanzamiento por lo que la necesidad de fijar la posición de lanzamiento tenía similitud con la situación SLBM.

En 1960, la Fuerza Aérea propuso un sistema de radio-navegación llamado Mosaic (Sistema Móvil de Control exacto ICBM), que era esencialmente un 3-D LORAN. Un seguimiento en el estudio llamado Proyecto 57 se trabajó en 1963 y fue “en este estudio que el concepto de GPS nació.” Ese mismo año el concepto fue perseguido como el Proyecto 621B, que había “muchos de los atributos que usted ahora ve en el GPS”[5] y prometió una mayor precisión de bombarderos de la Fuerza Aérea, así como misiles balísticos intercontinentales. Actualizaciones del sistema de la Marina de tránsito eran demasiado lento para las altas velocidades que la Fuerza Aérea opera a. El Laboratorio de Investigación Marina continuó con sus avances Timation (tiempo de navegación) satélites, por primera vez en 1967, y con el tercero en 1974 que lleva el primer reloj atómico puesto en órbita.[6]

Con estos desarrollos paralelos de la década de 1960, se dio cuenta de que un sistema superior se podrían desarrollar mediante la síntesis de las mejores tecnologías de 621B, de tránsito, Timation y Secor en un programa de servicios múltiples.

El fin de semana del Día del Trabajo en 1973, una reunión de cerca de 12 oficiales militares en el Pentágono habló de la creación de un Defensa de navegación por satélite (DNS). Fue en esta reunión que “la verdadera síntesis que se convirtió en GPS fue creado.” Más tarde ese año, el programa DNSS fue nombrado Navstar. Con los satélites individuo asociado con el nombre Navstar (como los predecesores de Tránsito y Timation), un nombre más completo que abarca fue utilizado para identificar la constelación de satélites Navstar, Navstar-GPS, Que se acortó más tarde, simplemente para GPS.[7]

Después de Líneas Aéreas de Corea del Vuelo 007, Llevando a 269 personas, fue derribado en 1983, después de perderse en el de la URSS prohibida el espacio aéreo,[8] en las proximidades de Sakhalin y Mónera Islas, El Presidente Ronald Reagan emitió una directiva toma GPS libremente disponibles para uso civil, una vez que se ha desarrollado lo suficiente, como un bien común.[9] El primer satélite fue lanzado en 1989, y el satélite 24 fue lanzado en 1994.

Inicialmente, la señal de más alta calidad estaba reservada para uso militar, y la señal disponible para uso civil fue intencionalmente degradadas (“disponibilidad selectiva”, SA). Esto cambió con el presidente de EE.UU. Bill Clinton Disponibilidad Selectiva pedido apagado a la medianoche 01 de mayo 2000, la mejora de la precisión del GPS civil de 100 metros (300 pies) a 20 metros (unos 65 pies). El ejército de EE.UU. para entonces tenía la capacidad de negar el servicio GPS para los potenciales adversarios sobre una base regional.[10]

GPS es propiedad y está operado por el Gobierno de los EE.UU. como un recurso nacional. Departamento de Defensa (USDOD) es el administrador del sistema GPS. Interinstitucional GPS Consejo Ejecutivo (IGEB) supervisó los asuntos de política GPS desde 1996 hasta 2004. Después de que el Nacional de posicionamiento espacial, la navegación y el Comité Ejecutivo de la sincronización fue creado por decreto presidencial en 2004 para asesorar y coordinar los departamentos y agencias federales sobre cuestiones relativas a los sistemas GPS y relacionados. El comité ejecutivo está presidido conjuntamente por los secretarios adjuntos de defensa y transporte. Entre sus miembros figuran funcionarios de nivel equivalente de los departamentos de Estado, el comercio y la seguridad nacional, el Estado Mayor Conjunto, y la NASA. Los componentes de la oficina ejecutiva del presidente de participar como observadores en el comité ejecutivo, y el presidente de la FCC participa como enlace.

USDOD está obligado por ley a “mantener un Servicio de Posicionamiento Estándar (según se define en el plan de radionavegación federal y la especificación de posicionamiento de servicio estándar de señal) que estará disponible de forma continua, todo el mundo” y “desarrollar medidas para prevenir el uso hostil de GPS y sus aumentos, sin perturbar indebidamente o degradantes usos civiles. “ Línea de tiempo y la modernización

 En 1972, los EE.UU. la Fuerza Aérea central inercial documento guía Mundial (Holloman AFB), 

llevado a cabo pruebas de desarrollo de vuelo de dos prototipos de los receptores GPS más Rango de Misiles de White Sands, Con base en tierra pseudo-satélites.

En 1978, el primer bloque experimental-I por satélite GPS fue lanzado.

En 1983, después Soviética interceptor de las aeronaves derribado el avión civil KAL 007 que se perdió en prohibida el espacio aéreo debido a errores de navegación, matando a las 269 personas a bordo, el presidente de EE.UU. Ronald Reagan anunció que el GPS se pondrá a disposición para usos civiles, una vez que se terminó.[13][14]

En 1985, más de diez satélites experimentales de bloques que había puesto en marcha para validar el concepto.

El 14 de febrero de 1989, el primer satélite moderno bloque II se puso en marcha.

La Guerra del Golfo 1990 a 1992, fue el primer conflicto en el GPS se utiliza ampliamente.

En 1992, la segunda ala del espacio, que originalmente el sistema de gestión, fue desactivado y reemplazado por el Ala Espacial 50a.

En diciembre de 1993, GPS alcanzado capacidad operativa inicial.[cita requerida]

El 17 de enero de 1994, una constelación completa de 24 satélites en órbita fue.

Full Operational Capability fue declarado por NAVSTAR en abril de 1995.

En 1996, reconociendo la importancia del GPS para los usuarios civiles y militares de los usuarios, EE.UU. Presidente Bill Clinton emitió una directriz de política[16] GPS que se declara ser una de doble uso sistema y se crea una Interinstitucional GPS Consejo Ejecutivo para manejarlo como un bien nacional.

En 1998, EE.UU. Vicepresidente Al Gore anunció planes para actualizar GPS con dos nuevas señales civiles para la exactitud de usuario mejorada y fiabilidad, en particular con respecto a la seguridad de la aviación y en 2000 la Congreso de EE.UU. autorizó al esfuerzo, al referirse a ella como GPS III.

En 1998, la tecnología de GPS fue incluido en el Espacio Fundación Salón de la Tecnología Espacial de la Fama.

El 2 de mayo de 2000 “disponibilidad selectiva” se suspendió como consecuencia de la orden ejecutiva de 1996, permitiendo a los usuarios recibir una señal no degradada a nivel mundial.

En 2004, el Gobierno de Estados Unidos firmó un acuerdo con la Comunidad Europea que establezca una cooperación relacionados con GPS y de Europa previsto Sistema Galileo.

En 2004, el presidente de EE.UU. George W. Bush actualizó la política nacional y sustituyó a la junta directiva con el Comité Ejecutivo Nacional del Espacio basado en posicionamiento, navegación y temporización.

Noviembre de 2004, QUALCOMM anunció pruebas exitosas de GPS asistido de teléfonos móviles.

En 2005, el primer satélite del GPS modernizado y se puso en marcha empezó a emitir una segunda señal civil (L2C) Para un rendimiento de usuario mejorada.

El 14 de septiembre de 2007, el envejecimiento de la unidad central con sede en segmento terreno del sistema de ontrol fue transferido al nuevo Plan de Arquitectura de la evolución.[19]

El 19 de mayo de 2009, los EE.UU. Oficina Gubernamental de Responsabilidad emitió un informe advirtiendo que algunos satélites GPS podría fallar tan pronto como 2010.[20]

El 21 de mayo de 2009, el Fuerza Aérea del Comando Espacial disipado los temores de fracaso GPS diciendo “Sólo hay un pequeño riesgo de que no va a continuar superando nuestras normas de funcionamiento.”[21]

El 11 de enero de 2010, una actualización de los sistemas de control de tierra causado una incompatibilidad de software con 8000 a 10000 receptores militar fabricado por una división de Trimble Navigation Limited, de Sunnyvale, California[22]

El lanzamiento más reciente fue el 28 de mayo de 2010.[23] El más antiguo satélite GPS todavía en operación fue lanzada el 26 de noviembre de 1990 y entró en funcionamiento el 10 de diciembre de 1990.[24]

Estructura Estación terrena monitor utilizado desde 1984 hasta 2007, en exhibición en el Espacio Aéreo de la Fuerza y el Museo de Misiles

GPS consta de tres partes: el segmento espacial, el segmento de control, y el segmento de usuario. La EE.UU. la Fuerza Aérea desarrolla, mantiene y opera los segmentos espacial y de control. Satélites GPS señales de radiodifusión desde el espacio, y cada receptor GPS utiliza estas señales para calcular su posición tridimensional (latitud, longitud y altitud) y la hora actual.[25]

El segmento espacial se compone de 24 a 32 satélites en órbita terrestre media y también incluye los adaptadores de carga útil de los cohetes necesarios para poner en órbita. El segmento de control está compuesto por una estación de control principal, una estación de control principal alternativa, y una serie de dedicado y compartido antenas en tierra y monitorear las estaciones. El segmento del usuario se compone de cientos de miles de usuarios de EE.UU. y sus aliados militares de la seguridad GPS de posicionamiento preciso de servicio, y decenas de millones de usuarios civiles, comerciales y científicos del Servicio de Posicionamiento Estándar (véase Dispositivos de navegación GPS). Aplicaciones

Aunque en un principio un proyecto militar, el GPS se considera un de doble uso tecnología, lo que significa que tiene importantes aplicaciones militares y civiles.

GPS se ha convertido en una herramienta ampliamente desplegado y útil para el comercio, los usos científicos, el seguimiento y vigilancia. la hora exacta del GPS facilita las actividades diarias tales como la banca, las operaciones de telefonía móvil, e incluso el control de las redes de energía, permitiendo así la mano sincronizada-apagado. otros agricultores, topógrafos, geólogos, y un sinnúmero de realizar su trabajo de manera más eficiente, segura, económica y precisa.[25] Civiles Ver también: Aplicaciones de los GNSSy Dispositivo de navegación GPS Este antena se monta en el techo de una choza que contiene un experimento científico que necesitan la sincronización exacta.

Muchas aplicaciones de uso civil de uno o más de los tres componentes básicos del GPS: ubicación absoluta, el movimiento relativo, y tiempo de transferencia.

Telefonía celular: La sincronización del reloj permite la transferencia de tiempo, lo cual es fundamental para la sincronización de sus Códigos de ensanchamiento con otras estaciones base para facilitar la transferencia entre la célula y la ayuda del GPS híbrido de detección de posición para celulares llamadas de emergencia móvil y otras aplicaciones. La primera teléfonos con GPS integrado puso en marcha a finales de 1990. Los EE.UU. Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) encargó a la función, ya sea en el teléfono o en las torres (para su uso en la triangulación) en 2002 para que los servicios de emergencia pueden localizar 911 personas que llaman. l os desarrolladores de software de terceros más tarde obtuvo el acceso a las API de GPS Nextel después del inicio, seguido de Sprint en 2006, y Verizon poco después.

De alivio de desastre/los servicios de emergencia: Dependen de las capacidades de GPS para localización y el tiempo.

Geofencing: Sistemas de seguimiento de vehículos, sistemas de seguimiento, Y seguimiento de mascotas sistemas de uso de GPS para localizar el vehículo, persona o animal doméstico. Estos dispositivos se conectan al vehículo, persona, o el collar del animal doméstico. La aplicación proporciona 24 / 7 de seguimiento y actualizaciones móvil o de Internet si el trackee dejar un área designada.[26]

Geotagging: La aplicación de las coordenadas de los objetos digitales como fotografías y otros documentos para fines tales como la creación de mapas superpuestos.

GPS de seguimiento de aeronaves

GPS visitasUbicación: lo que determina el contenido que aparezca, por ejemplo, información sobre un punto acerca de su interés.

Mapa de decisiones: Los dos cartógrafos civiles y militares utilizan el GPS ampliamente.

Navegación: Velocidad de valor Navegantes digital precisa y medidas de orientación.

Fasor unidades de medida: GPS permite sellado de tiempo de alta precisión de las mediciones del sistema de energía, por lo que es posible calcular fasores.

Recreación: Por ejemplo, geocaching, geodashing, GPS de dibujo y Señalización

Topografía: Peritos utilizar rutas absolutas para hacer mapas y determinar los límites de la propiedad

Tectónica: GPS permite la medición directa de movimientos de fallas en terremotos.

Restricciones de uso civil

El Gobierno de EE.UU. controla la exportación de algunos receptores civiles. Todos los receptores GPS capaz de funcionar por encima de 18 kilómetros (11 millas) de Altura y 515 metros por segundo (1.001 kN)[27] se clasifican como municiones (Armas) que EE.UU. Departamento de Estado certificados de exportación se requieren. Estos límites intento de evitar el uso de un receptor en un misiles balísticos. No sería evitar el uso de una misiles de crucero debido a que sus altitudes y velocidades son similares a los de los aviones normales.

Esta regla se aplica incluso a las unidades de otro modo puramente civil, que sólo reciben la frecuencia L1 y el C / A (Clear / Adquisición) y el código no puede corregir de la disponibilidad selectiva (SA), etc

Desactivación de la operación por encima de estos límites exime al receptor de la clasificación como munición. interpretaciones de proveedores diferentes. La operación de regla de objetivos dada la combinación de altitud y velocidad, mientras que algunos receptores de dejar de funcionar incluso cuando están estacionados. Esto ha causado problemas con algunos lanzamientos de globos de radio aficionados que regularmente alcanzan los 30 kilómetros (19 millas). Militar

A partir de 2009, las aplicaciones militares del GPS son:

Navegación: GPS permite a los soldados para buscar objetivos, incluso en la oscuridad o en un territorio desconocido, y para coordinar el movimiento de tropas y suministros. En las fuerzas armadas de los EE.UU., los comandantes de utilizar el Comandantes Digital Assistant y rangos inferiores utilizar el Soldado Digital Assistant.

seguimiento de destino: Varios sistemas de armas militares utilizan el GPS para rastrear el potencial de tierra y las metas de aire antes de marcar como hostil.[cita requerida] Estos sistemas de armas que pasan las coordenadas del blanco a municiones guiadas de precisión que les permita atacar objetivos con precisión. Aviones militares, sobre todo en aire-tierra funciones, utilizar el GPS para encontrar objetivos (por ejemplo, pistola de la cámara video de AH-1 Cobra en Irak mostrar las coordenadas de GPS que se pueden ver con un software especial.

Misiles y la orientación del proyectil: GPS permite una orientación precisa de las diversas armas militares, incluyendo ICBM, misiles de crucero y municiones guiadas de precisión. Artillería proyectiles. Embebido receptores GPS capaz de soportar aceleraciones de 12.000 g o alrededor de 118 km / s2 se han desarrollado para su uso en 155 milímetros (6,1 pulgadas) obuses.

Búsqueda y rescate: los pilotos caídos se puede localizar más rápido si su posición es conocida.

Reconocimiento: el movimiento de la Patrulla se pueden gestionar más de cerca.

satélites GPS tienen un conjunto de detectores de detonación nuclear que consiste en un sensor óptico (Y-sensor), un sensor de rayos X, un dosímetro, y un pulso electromagnético (EMP) del sensor (W-sensor), que forman una parte importante de la Estados Unidos Sistema de Detección Nuclear detonación. Premios

Dos desarrolladores GPS recibió el Academia Nacional de Ingeniería Premio Charles Stark Draper para el año 2003:

Ivan Cómo, Presidente emérito de La Corporación Aeroespacial y ingeniero en el Massachusetts Institute of Technology, Estableció las bases para el GPS, la mejora en la La Segunda Guerra Mundial sistema de radio terrestre llamada LORAN (Long alcance Radio Un Identificaci?ón de NAVEGACIÓN).

Bradford Parkinson, Profesor de aeronáutica y astronáutica en La Universidad de Stanford, Concibió el actual sistema basado en satélites a principios de 1960 y desarrollado en conjunto con la Fuerza Aérea de los EE.UU.. Parkinson fue veintiún años en la Fuerza Aérea, de 1957 a 1978, y se retiró con el rango de coronel.

GPS desarrollador Roger L. Easton recibió el Medalla Nacional de Tecnología el 13 de febrero de 2006.[35]

El 10 de febrero de 1993, la Asociación Nacional de Aeronáutica seleccionado el equipo de GPS como los ganadores del 1992 Robert J. Trofeo Collier, La nación de la aviación de los más prestigiosos premios. Este equipo combina los investigadores de la Laboratorio de Investigación Naval, La EE.UU. la Fuerza Aérea, La Aerospace Corporation, Rockwell International Corporation, Y IBM Federal de Sistemas de la empresa. La citación de los honores “para el desarrollo más importante para una navegación segura y eficiente y la vigilancia de aeronaves, naves espaciales debido a la introducción de de radio de navegación hace 50 años “. Concepto básico de GPS

Un receptor GPS calcula su posición con precisión la sincronización de las señales enviadas por el GPS satélites muy por encima de la Tierra. Cada satélite transmite continuamente los mensajes que incluyen

El momento en que se transmite el mensaje

Información precisa orbital (la efemérides) El sistema de salud en general y de las órbitas en bruto de todos los satélites GPS (el almanaque).

El receptor utiliza los mensajes que recibe para determinar el tiempo de tránsito de cada mensaje y calcula la distancia a cada satélite. Estas distancias, junto con lugares de los satélites se utilizan con la ayuda posible de trilateración, Dependiendo del algoritmo se utiliza para calcular la posición del receptor. Esta posición se muestra a continuación, tal vez con una pantalla de mapa en movimiento o la latitud y longitud; información de elevación pueden ser incluidos. Muchas unidades de GPS muestran derivados información como la dirección y la velocidad, calculada a partir de los cambios de posición.

Tres satélites podría parecer suficiente para resolver la posición porque el espacio tiene tres dimensiones y una posición cerca de la superficie de la Tierra pueda presumirse. Sin embargo, incluso un error de reloj muy pequeño, multiplicado por el gran velocidad de la luz[36] - La velocidad que el satélite las señales se propagan - da lugar a un error de posición de gran tamaño. Por lo tanto receptores utilizan cuatro o más satélites para resolver la ubicación del receptor y el tiempo. El tiempo con mucha precisión calculada es efectivamente oculta por la mayoría de las aplicaciones de GPS, que utilizan sólo la ubicación. Algunas aplicaciones GPS especializados no obstante el uso del tiempo, los cuales incluyen tiempo de transferencia, El tráfico de la señal de temporización y sincronización de las estaciones base de telefonía celular.

A pesar de cuatro satélites son necesarios para el funcionamiento normal, menos se aplican en casos especiales. Si una variable que ya se sabe, un receptor puede determinar su posición con sólo tres satélites. Por ejemplo, un buque o aeronave pudo haber sabido de elevación. Algunos receptores GPS pueden usar las pistas adicionales o supuestos (como la reutilización de la altitud conocida pasado, navegación a estima, de navegación inercial, O la inclusión de información de la computadora del vehículo) para dar una menos precisa (degradado) posición cuando menos de cuatro satélites visibles.[37][38][39] Posición introducción de cálculo

Para proporcionar una descripción introductoria de cómo funciona un receptor GPS, los efectos de error se aplazó hasta una sección posterior. Uso de los mensajes recibidos desde un mínimo de cuatro satélites visibles, un receptor GPS puede determinar los tiempos de envió y se envía entonces la posición de los satélites que corresponden a estos tiempos. La x, y y z de la posición de los componentes, y la hora de envío, se designan como \scriptstyle\left[x_i,\, y_i,\, z_i,\, t_i\right] donde el subíndice i es el número de satélites y tiene el valor 1, 2, 3, o 4. Saber la hora indicada se recibió el mensaje \scriptstyle\ tr, El receptor GPS puede calcular el tiempo de tránsito del mensaje como \scriptstyle\left (tr-t_i\right ) . Asumiendo que el mensaje viaja a la velocidad de la luz, c, La distancia recorrida o pseudorange, \scriptstyle p_i puede ser computado como \scriptstyle\left (tr-t_i\right )c.

La posición de un satélite y pseudorange definir una esfera, centrada en el satélite con un radio igual a la pseudorange. La posición del receptor está en algún lugar de la superficie de esta esfera. Así, con cuatro satélites, la posición del receptor GPS se encuentra en o cerca de la intersección de las superficies de las cuatro esferas. En el caso ideal de ningún error, el receptor GPS se precisa en una intersección de las cuatro superficies.

Si las superficies de dos esferas se intersectan en más de un punto, se cruzan en un círculo. El artículo trilateración muestra esta matemáticamente. Una figura, Dos superficies Esfera de intersección en un círculo, Se muestra a continuación. Dos superficies ámbito de intersección en un círculo

La intersección de una superficie esférica tercer lugar con los dos primeros será su intersección con el círculo, en la mayoría de los casos de interés práctico, esto significa que se cortan en dos puntos.[40] Otra figura, Superficie de la esfera de intersección de un círculo (no es un disco sólido) en dos puntos, Ilustra la intersección. Las dos intersecciones marcadas con puntos. Una vez más el artículo trilateración muestra claramente esta matemáticamente. Superficie de la esfera de intersección de un círculo (no es un disco sólido) en dos puntos

Para los automóviles y otros vehículos cercanos a la Tierra, la posición correcta del receptor GPS es la intersección más cercana a la superficie de la Tierra.[41] Para los vehículos de espacio, la intersección más alejado de la Tierra puede ser la correcta.

La posición correcta para el receptor GPS también es la intersección más cercana a la superficie de la esfera correspondiente al cuarto satélite. La corrección de reloj de un receptor GPS

Una de las fuentes de error más importante es el reloj del receptor GPS. Debido al valor muy grande de la velocidad de la luz, c, La distancia estimada del receptor GPS a los satélites, la pseudoranges, Son muy sensibles a errores en el reloj del receptor GPS, por ejemplo en un error de un microsegundo (0,000 001 segundos) corresponde a un error de 300 metros (980 pies). Esto sugiere que un reloj extremadamente preciso y caro es necesaria para el receptor GPS para el trabajo. Debido a que los fabricantes prefieren construir los receptores GPS de bajo costo para mercados masivos, la solución para este dilema se basa en la forma en superficies ámbito se cruzan en el problema del GPS. Diagrama que representa el 4 por satélite, esfera, p4, R4, y da y el reloj del receptor GPS se puede avanzar si \scriptstyle b es positivo o retrasarse si \scriptstyle b es negativo. Sin embargo, hay que tener en cuenta que una función tan sencilla de \scriptstyle da puede ser necesaria para estimar el error de tiempo en un algoritmo iterativo como se explica en el Navegación sección. Sistema de segmentación Unlaunched satélite GPS en exhibición en el Aire de San Diego y Museo Espacial

El actual GPS consta de tres segmentos principales. Estos son el segmento espacial (SS), un segmento de control (CS), y un segmento de usuario (EE.UU.).[42] Del segmento espacial Ver también: GPS por satélitey Lista de lanzamientos de satélites GPS Un ejemplo visual de la constelación GPS en movimiento con la Tierra en rotación. Observe cómo el número de satélites a la vista desde un punto dado en la superficie de la Tierra, en este ejemplo a 45 ° N, cambia con el tiempo.

El segmento espacial (SS) se compone de los satélites GPS en órbita, y vehículos espaciales (SV) en el lenguaje del GPS. El diseño del GPS originalmente llamado por 24 SV, ocho cada uno en tres circulares planos orbitales,[43] pero esto se modificó para seis aviones con cuatro satélites cada uno.[44] Los planos orbitales se centran en la Tierra, que no gira con respecto a las estrellas distantes.[45] Los seis aviones tienen aproximadamente 55 ° inclinación (Inclinación con respecto a la Tierra ecuador) Y están separados por 60 ° ascensión recta de la nodo ascendente (Ángulo a lo largo del ecuador desde un punto de referencia a la intersección de la órbita).[46] Las órbitas están dispuestos de modo que por lo menos seis satélites están siempre dentro de línea de visión desde casi todas partes en la superficie de la Tierra.[47] El resultado de este objetivo es que los cuatro satélites no son iguales de tiempo (90 grados) de distancia en cada órbita. En términos generales, la diferencia angular entre satélites en cada órbita es de 30, 105, 120, y 105 grados de separación que, por supuesto, la suma a 360 grados.

En órbita a una altitud de unos 20.200 kilómetros (unas 12.550 millas o 10.900 millas náuticas; Radio orbital de aproximadamente 26.600 kilometros (cerca de 16.500 millas o 14.400 NM)), cada SV hace dos órbitas completas cada día sideral, Repitiendo la misma pista de tierra cada día.[48] Esto fue muy útil durante el desarrollo, porque incluso con sólo cuatro satélites, la alineación correcta: todos los cuatro son visibles desde el mismo lugar por un par de horas cada día. Para las operaciones militares, la repetición de una pista de tierra se pueden utilizar para garantizar una buena cobertura en zonas de combate.

En marzo de 2008[Update],[49] hay 31 satélites de radiodifusión activamente en el GPS constelación, Y dos mayores, se retiró del servicio activo satélites en la constelación de mantenerse como repuestos en órbita. Los satélites adicionales de mejorar la precisión de los cálculos de receptor GPS, proporcionando mediciones redundantes. Con el aumento del número de satélites, la constelación se cambió a un régimen no uniforme. Dicho acuerdo ha demostrado mejorar la fiabilidad y disponibilidad del sistema, relativa a un sistema uniforme, cuando los satélites múltiples fallar.[50] Alrededor de ocho satélites son visibles desde cualquier punto de la tierra en cualquier momento (ver la animación a la derecha). Control del segmento

El segmento de control está compuesto por

1. una estación de control principal (MCS), 2. un maestro suplente estación de control, 3. cuatro antenas de tierra dedicada y 4. seis estaciones de monitoreo dedicado

El MCS también pueden acceder a la Fuerza Aérea de los EE.UU. de Control de Satélites de redes (AFSCN) antenas en tierra (para el mando adicional y capacidad de control) y redes de próxima generación (National Geospatial-Intelligence Agency) Monitorear las estaciones. Las rutas de vuelo de los satélites son seguidos por EE.UU. dedicada estaciones de monitoreo de la Fuerza Aérea en Hawaii, Kwajalein, Isla de la Ascensión, Diego García, Colorado Springs, Colorado y Cabo Cañaveral, junto con compartir las estaciones de seguimiento de redes de próxima generación operados en Inglaterra, Argentina, Ecuador, Bahrein, Australia y Washington DC.[51] La información de seguimiento se envía a los MCS de la Fuerza Aérea del Comando Espacial de Base de la Fuerza Aérea Schriever 25 km (16 millas) al ESE de Colorado Springs, que es operado por el Escuadrón de Operaciones Espaciales segundo (2 SOPS) de la Fuerza aérea de Estados Unidos (USAF). A continuación, 2 contactos SOPS cada satélite GPS con una actualización regular de navegación utilizando exclusiva o compartida (AFSCN) antenas en tierra (antenas GPS dedicado de tierra se encuentran en Kwajalein, Isla de la Ascensión, Diego García, y el Cabo Cañaveral). Estas actualizaciones sincronizar los relojes atómicos a bordo de los satélites para dentro de unos pocos nanosegundos el uno del otro, y ajustar el efemérides del modelo interno orbitales de cada satélite. Las actualizaciones son creadas por una Filtro de Kalman que utiliza las aportaciones de las estaciones terrestres de seguimiento, espacio de tiempo información, y varios otros insumos.[52]

maniobras de satélite no son precisos para los estándares del GPS. Así que para cambiar la órbita de un satélite, el satélite debe estar marcada insalubre, Por lo que los receptores no lo utilizará en su cálculo. A continuación, la maniobra se puede realizar, y la órbita que resulta un seguimiento desde el suelo. A continuación, las efemérides nueva subida y el satélite marcados sano otra vez. Usuario segmento Los receptores de GPS vienen en una variedad de formatos, desde los dispositivos integrados en vehículos, teléfonos y relojes, a los dispositivos especializados como el que aquí se muestra a los fabricantes Trimble, Garmin y Leica (De izquierda a derecha).

El segmento del usuario se compone de cientos de miles de usuarios de EE.UU. y sus aliados militares de la seguridad GPS de posicionamiento preciso de servicio, y decenas de millones de usuarios civiles, comerciales y científicos del Servicio de Posicionamiento Estándar. En general, los receptores GPS se componen de una antena, sintonizado a las frecuencias transmitidas por los satélites, los procesadores de receptor, y un reloj muy estable (a menudo un oscilador de cristal). También pueden incluir una pantalla para proporcionar información sobre la ubicación y la velocidad para el usuario. Un receptor es a menudo descrita por su número de canales: esto significa cuántos satélites se puede controlar de forma simultánea. Originalmente se limitan a cuatro o cinco años, esta ha aumentado progresivamente en los últimos años para que, a partir de 2007[Update], Los receptores suelen tener entre 12 y 20 canales.[53] Un típico OEM Módulo receptor GPS mide 15 × 17 mm.

Los receptores GPS pueden incluir una entrada para las correcciones diferenciales, utilizando el RTCM SC-104. Esto es típicamente en forma de RS-232 puerto de 4.800 bits / s de velocidad. Los datos son enviados en realidad a un ritmo mucho menor, lo que limita la exactitud de la señal que se envía utilizando RTCM. Los receptores con receptores DGPS interno puede superar los datos mediante externa RTCM. A partir de 2006[Update], Incluso las unidades de bajo costo suelen incluir Aumento de área amplia del sistema (WAAS) de los receptores. Un típico receptor GPS con antena integrada.

Muchos receptores GPS puede transmitir datos de posición a un PC u otro dispositivo usando el NMEA 0183 protocolo. Aunque este protocolo se define oficialmente por el National Marine Electronics Association (NMEA),[54] las referencias a este protocolo han sido compilados de los registros públicos, permitiendo que las herramientas de código abierto como gpsd para leer el protocolo sin violar propiedad intelectual las leyes. Otros protocolos propietarios también existen, como la SiRF y MTK protocolos. Los receptores pueden interactuar con otros dispositivos que utilizan métodos que incluyen una conexión en serie, USBO Bluetooth. Para más información: Dispositivo de navegación GPS Comunicación Artículo principal: Señales GPS

Las señales de navegación por satélites GPS codificar una variedad de información, incluyendo posiciones de los satélites, el estado de los relojes internos, y la salud de la red. Estas señales se transmiten en dos frecuencias de portadora separadas que son comunes a todos los satélites de la red. Dos diferentes codificaciones se utilizan, una codificación de público que permite la navegación menor resolución y una codificación de cifrado utilizado por los militares de EE.UU.. Formato del mensaje

GPS formato de los mensajes Subbastidores Descripción 1relojes de los satélites, GPS relación de tiempo 2–3 Efemérides (Órbita de los satélites precisa) 4–5 Almanaque de los componentes (Synopsys de redes de satélite, de corrección de errores)

Cada satélite GPS transmite una continua mensaje de navegación a una velocidad de 50 bits por segundo (véase tasa de bits). Cada mensaje completo se compone de 30 segundos marcos, Distintas agrupaciones de 1.500 bits de información. Cada cuadro se subdivide en 5 subtramas de la longitud de 6 segundos y con 300 bits cada uno. Cada subtrama contiene 10 palabras de 30 bits con una longitud de 0,6 segundos cada uno. Cada fotograma 30 segundos comienza precisamente en el minuto minuto o media según lo indicado por el reloj atómico en cada satélite.[55]

La primera parte del mensaje codifica el número de semana y el tiempo en la semana,[56] así como los datos sobre la salud del satélite. La segunda parte del mensaje, el efemérides, Establece la órbita exacta del satélite. La última parte del mensaje, el almanaque, Contiene la órbita de grueso y la información de estado para todos los satélites de la red, así como los datos relativos a la corrección de errores.[57]

Todos los satélites de difusión en las mismas frecuencias. Las señales se codifican utilizando código de acceso múltiple por división (CDMA) que permite los mensajes de los satélites individuales que se distinguen entre sí sobre la base de codificación único para cada satélite (que el receptor debe conocer). Dos tipos distintos de codificación de CDMA se utilizan: el grueso / adquisición (C / A) el código, que es accesible por el público en general, y el código de precisión (P), que se cifra de manera que sólo los militares de EE.UU. puede acceder a él.

La efemérides se actualiza cada 2 horas y es generalmente válido durante 4 horas, con las disposiciones de actualizaciones cada 6 horas o más en condiciones no nominales. El almanaque se actualiza normalmente cada 24 horas. Además los datos de un par de semanas siguientes se carga en caso de cambios de transmisión de datos que demora subir. Satélite frecuencias

Todos los satélites de radiodifusión en las mismas dos frecuencias, 1.57542 GHz (L1 señal) y 1.2276 GHz (la señal L2). La red de satélite utiliza una técnica de CDMA de espectro ensanchado en el que se codifican los datos del mensaje de baja tasa de bits con una alta tasa de pseudo-aleatorios (PRN) secuencia que es diferente para cada satélite. El receptor debe estar consciente de los códigos PRN para cada satélite para reconstruir los datos del mensaje real. El código C / A, para uso civil, transmite datos a 1.023 millones fichas por segundo, mientras que el código P, para el uso militar de EE.UU., transmite a 10.23 millones de chips por segundo. La portadora L1 es modulada tanto por el C / A y P correspondientes, mientras que la compañía L2 es sólo modulada por el código P.[58] El código P puede ser encriptada como una llamada P (Y) el código que solo está disponible para equipos militares con una clave de descifrado correcta. Tanto el C / A y P (Y) los códigos de difundir de manera precisa la hora del día para el usuario. La modernización del GPS añade una tercera frecuencia, 1.17645 GHz (señal L5). La L5 consta de dos componentes de transporte que están en cuadratura de fase entre sí. Cada componente de portador es la clave dos veces al desplazamiento de fase (BPSK) modulada por un tren poco separados. Demodulación y decodificación Demodular y decodificar señales del satélite GPS con el grueso / Adquisición Oro código.

Debido a que todas las señales del satélite son modulados en la frecuencia de la portadora L1 mismo, las señales deben estar separados después de la demodulación. Esto se hace mediante la asignación de cada satélite un único binario secuencia conocido como Oro código. Las señales se descifran después de la adición demodulación utilizando los códigos de Oro correspondientes a los satélites controlados por el receptor.[59][60]

Si la información almanaque ha sido previamente adquirida, el receptor capta los satélites para escuchar por sus siglas inglesas, un único número en el rango de 1 a 32. Si la información del almanaque no está en la memoria, el receptor entra en un modo de búsqueda hasta que un bloqueo se obtiene en uno de los satélites. Para obtener un bloqueo, es necesario que haya una línea de visión sin obstáculos desde el receptor al satélite. El receptor puede adquirir el almanaque y determinar los satélites que debe escuchar. Como se detecta la señal de cada satélite, que se identifica por su distinta C / Un patrón de código. No puede haber un retraso de hasta 30 segundos antes de la primera estimación de posición debido a la necesidad de leer los datos de efemérides.

Procesamiento del mensaje de navegación permite la determinación del momento de la transmisión y la posición del satélite en este momento. Para obtener más información, consulte Demodulación y decodificación, Avanzado. Navegación ecuaciones

Esto puede verse más claramente al considerar una vista lateral de los ámbitos de intersección. Esta opinión coincide con la cifra debido a la simetría de las esferas. Una visión desde cualquier dirección horizontal se ven exactamente lo mismo. Por lo tanto el diámetro como se ve desde todas las direcciones es la misma y por lo tanto las superficies efectivamente se intersectan en un círculo. El artículo trilateración algebraicamente confirma este argumento geométrico que las dos superficies ámbito se cruzan en un círculo.

Habiendo constatado que dos superficies ámbito se cruzan en un círculo, que ahora consideramos como la intersección de las superficies de los dos primeros esfera, el círculo, se cruzan con la tercera esfera. Un círculo y se cruzan superficie de la esfera en los puntos de cero, uno o dos. Para el problema de GPS que tienen que ver con el caso de dos puntos de intersección. Otra figura, la superficie de la Esfera de la intersección de un círculo (no es un disco sólido) en dos puntos, se muestra a continuación para facilitar la visualización de esta intersección. Trilateración algebraicamente confirma esta observación geométrica. La ambigüedad de los dos puntos de intersección de tres superficies esfera puede ser resuelto por señalar el punto de que está más cerca de la superficie de la cuarta esfera. Superficie de una esfera de intersección de un círculo (es decir, el borde de un disco) en dos puntos

Después de haber proporcionado una explicación de cómo se cruzan las superficies de esfera, que ahora formular las ecuaciones para el caso en que los errores están presentes.

Métodos de solución de las ecuaciones de navegación

Bancroft método es quizás el método más importante de la solución de las ecuaciones de navegación, porque se trata de una algebraica a diferencia de método numérico.[61] El método requiere al menos cuatro satélites más, pero se puede utilizar.

Dos métodos numéricos de la posición del receptor GPS y calcular el sesgo del reloj son: usando trilateración y una búsqueda de las raíces dimensiones numéricas y multidimensional Newton-Raphson cálculos.

El receptor puede resolver por trilateración[62][63] y una búsqueda de dimensiones raíz numérica. Trilateración determina la intersección de las superficies de las tres esferas. En el caso habitual de dos intersecciones, el punto más cercano de la superficie de la esfera correspondiente al cuarto satélite que se elija. La superficie de la Tierra a veces también puede ser utilizado en su lugar, sobre todo por los receptores GPS civiles, porque es ilegal en los Estados Unidos para rastrear vehículos a más de 60.000 pies (18.000 m) de altitud. Que da denotan la magnitud registrada del vector desde la posición de receptor en el cuarto satélite (es decir, da = R4 - p4) tal como se define en la sección “corrección del reloj”. da es una función de la corrección debido a que la corrección de los cambios de los tiempos de transmisión por satélite y por lo tanto los pseudoranges. La notación, da (corrección) denota esta función. El problema es determinar la corrección de tal manera que

da\left(correction\right) = 0.

Este es el conocido problema de encontrar los ceros de una función de una dimensión no lineal de una variable escalar. Iterativo métodos numéricos, tales como las que se encuentran en el capítulo de búsqueda de raíces en Numerical Recipes puede resolver este tipo de problema.[64] Una ventaja de este método es que se trata de una dimensión en lugar de encontrar la raíz multidimensional numérica.

Alternativamente, la raíz de encontrar el método multidimensional como Newton-Raphson método puede ser utilizado.

El enfoque consiste en linealizar alrededor de una solución aproximada, El método de Newton-Raphson es convergente con mayor rapidez que otros métodos de búsqueda de raíces numérica.

Una desventaja de este método de encontrar la raíz multidimensional, en comparación con findiing sola raíz dimensiones es que, “No hay buenos métodos generales para resolver sistemas de más de una ecuaciones no lineales.”

Cuando hay más de cuatro satélites están disponibles, el cálculo puede utilizar las mejores cuatro o más de cuatro, teniendo en cuenta el número de canales, capacidad de procesamiento, y dilución geométrica de la precisión (GDoP). El uso de más de cuatro es un sistema sobredeterminado de ecuaciones sin solución única, que debe ser resuelto por mínimos cuadrados o una técnica similar.[61] Si todos los satélites visibles se utilizan, los resultados son tan buenos o mejores que con los cuatro mejores. Los errores pueden ser estimadas a través de los residuos. Con cada combinación de cuatro o más satélites, un factor GDoP se puede calcular, en base a las direcciones del cielo relativa de los satélites utilizados. A medida que más satélites son recogidos, pseudoranges de diversas combinaciones de 4 vías pueden ser procesados para añadir más las estimaciones de la ubicación y la diferencia horaria. El receptor toma el promedio ponderado de estas posiciones y desplazamientos del reloj. Después de la ubicación final y el tiempo de cálculo, la ubicación se expresa en un sistema específico de coordenadas como latitud y de longitud, Utilizando el WGS 84 datum geodésico o un sistema específico del país.

Por último, los resultados de otros sistemas de posicionamiento como GLONASS o la próxima Galileo pueden ser incorporados o utilizados para comprobar el resultado. (Por diseño, estos sistemas utilizan la misma banda de frecuencias, por lo que gran parte del circuito del receptor puede ser compartida, aunque la decodificación es diferente.)

fuentes de error y el análisis Artículo principal: Error de análisis para el Sistema de Posicionamiento Global

Los datos proporcionados directamente por el posicionamiento de los satélites es muy precisa, pero hay muchos factores que pueden hacer que los errores en los datos no trivial. En situaciones en las que es necesaria una gran precisión, la comprensión y la compensación de estas fuentes de error es importante. Fuentes de error incluyen distorsión atmosférica (sobre todo en la ionosfera), inexactitudes relojes de los satélites, y los retrasos de viaje de las señales del satélite.

El análisis de errores en la información reportada por el Sistema de Posicionamiento Global, un sistema de satélites desde el espacio para la navegación, es importante para estimar la precisión de las estimaciones de posición y la corrección de los errores. El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) fue creado por el Departamento de Defensa (USDOD) en la década de 1970. Se ha llegado a ser ampliamente utilizados para la navegación tanto por los militares de EE.UU. y el público en general. Mejora la precisión y de estudio

Aumento

La integración de información externa en el proceso de cálculo puede mejorar sustancialmente la precisión. Estos sistemas de aumentación en general con nombre o describe en función de cómo llega la información. Algunos sistemas de transmisión de información de error adicional (por ejemplo, deriva del reloj, lo efímero, o retrasar la ionosfera), otros caracterizar los errores anteriores, mientras que un tercer grupo proporciona información adicional de navegación o vehículo.

Ejemplos de sistemas de aumento incluyen el Aumento de área amplia del sistema (WAAS), Europeo de Navegación Geoestacionaria Superposición servicios (EGNOS), GPS diferencial, Sistemas de navegación inercial (INS) y GPS asistido. Precisos de vigilancia

La precisión se puede mejorar a través del monitoreo y la medición precisa de las actuales señales de GPS en forma adicional o alternativa.

El mayor error remanente es generalmente el retraso impredecible a través de la ionosfera. La nave espacial de difusión parámetros ionosféricos modelo, pero siguen siendo errores. Esta es una razón nave GPS transmiten por lo menos en dos frecuencias, L1 y L2. retardo ionosférico es una función bien definida de la frecuencia y la contenido total de electrones (TCE) a lo largo del camino, por lo que medir la diferencia de tiempo de llegada entre las frecuencias del Tratado CE y, por tanto determina el retardo ionosférico precisa en cada frecuencia.

receptores militares pueden descifrar el P (Y) de código de transmisión tanto en L1 y L2. Sin las claves de descifrado, todavía es posible usar un sin código técnica para comparar el P (Y) los códigos en L1 y L2 para obtener toda la información que el mismo error. Sin embargo, esta técnica es lenta, por lo que actualmente está disponible sólo en equipos de medición especializados. En el futuro, códigos civiles se espera que se transmite en las frecuencias de L2 y L5 (véase La modernización del GPS). A continuación, todos los usuarios serán capaces de realizar mediciones de frecuencia dual y directamente calcular los errores ionosféricos demora.

Una segunda forma de control preciso que se llama Portadora de fase de mejora (CPGPS). Esto corrige el error que surge debido a la transición del pulso de la PRN no es instantáneo, por lo que la correlación (Secuencia de satélite-receptor se pongan en venta) la operación es imperfecta. CPGPS utiliza la onda portadora L1, que tiene un período de de \frac{1\ \mathrm{sec}}{1575.42 * 10^6} = 0.63475 \ \mathrm{nanoseconds} \approx 1 \ \mathrm{nanosecond} \ , Que es aproximadamente una milésima del código C / A de Oro período poco de \frac{1\ \mathrm{sec}}{1023 * 10^3} = 977.5 \ \mathrm{nanosecond} \ \approx 1000 \ \mathrm{nanosecond} \ , Para actuar como un adicional señal de reloj y resolver la incertidumbre. El error de diferencia de fase en la cantidad normal de GPS a 3.2 metros (6.6–9.8 pies) de la ambigüedad. CPGPS de trabajo dentro del 1% de la transición perfecta reduce este error a 3 centímetros (1,2 pulgadas) de ambigüedad. Al eliminar esta fuente de error, CPGPS junto con DGPS normalmente se da cuenta de entre 20–30 centímetros (7,9 a 12 pulgadas) de precisión absoluta.

Posicionamiento cinemático relativo (RKP) es una tercera alternativa para un sistema de posicionamiento de precisión basado en GPS. En este enfoque, la determinación de la señal de la gama se puede resolver con una precisión de menos de 10 centímetros (3.9 pulgadas). Esto se hace para resolver el número de ciclos que la señal es transmitida y recibida por el receptor utilizando una combinación de GPS diferencial (DGPS), corrección de datos, transmisión de información de la fase de la señal GPS y técnicas de resolución de la ambigüedad a través de pruebas estadísticas, posiblemente con el procesamiento en tiempo real tiempo (posicionamiento cinemático en tiempo real, RTK). De hora normal

Aunque la mayoría de los relojes se sincronizan con Tiempo Universal Coordinado (UTC), los relojes atómicos de los satélites se establecen en GPS en tiempo (GPST; ver la página de Estados Unidos Observatorio Naval). La diferencia es que el tiempo GPS no se corrige para que coincida con la rotación de la Tierra, por lo que no contiene segundos intercalares o otras correcciones que se agregan periódicamente a UTC. tiempo del GPS fue creado para que coincida con Tiempo Universal Coordinado (UTC) en 1980, pero desde entonces ha divergido. La falta de corrección significa que el tiempo del GPS se mantiene en un constante desplazamiento con Tiempo Atómico Internacional (TAI) (TAI - GPS = 19 segundos el 21 de noviembre de 2010). correcciones periódicas se desempeñan en los relojes de a bordo para corregir los efectos relativistas y mantenerlos sincronizados con los relojes de tierra.

El mensaje de navegación GPS incluye la diferencia entre la hora GPS y UTC, que a partir de 2009 es de 15 segundos por el segundo salto agregó el UTC 31 de diciembre 2008. Receptores de restar la calibración de la hora GPS para calcular la hora UTC y valores específicos zona horaria. Nuevas unidades de GPS no puede mostrar la hora correcta UTC hasta después de recibir el mensaje de UTC. El campo de GPS-UTC se puede acomodar a 255 segundos bisiestos (ocho bits) que, dada la tasa actual de cambio de la rotación de la Tierra (con un segundo salto introducido aproximadamente cada 18 meses), debe ser suficiente para durar hasta aproximadamente el año 2300.

En comparación con el año, mes, día y formato de la calendario gregoriano, La fecha de GPS se expresa como un número de la semana y un segundo-en el número de semanas. El número de semana se transmite como un niño de diezpoco campo en la C / mensajes de navegación A y P (Y), por lo que se convierte en cero otra vez cada 1.024 semanas (19,6 años). semana GPS cero comenzó a las 00:00:00 UTC (00:00:19 TAI) el 6 de enero de 1980, y el número de semana se convirtió en cero de nuevo por primera vez en 23:59:47 UTC el 21 de agosto de 1999 (00 : 00:19 TAI el 22 de agosto de 1999). Para determinar la fecha gregoriana actual, un receptor GPS debe contar con la fecha aproximada (dentro de 3.584 días) para traducir correctamente la señal GPS fecha. Para abordar esta preocupación de la modernización de mensaje de navegación GPS utiliza un campo de 13 bits que sólo se repite cada 8.192 semanas (157 años), lo que duró hasta el año 2137 (157 años después de la semana GPS cero). Portador de seguimiento de fase (topografía)

Otro método que se utiliza en aplicaciones de medición es el seguimiento de fase de la portadora. El plazo de la compañía veces la frecuencia de la velocidad de la luz da la longitud de onda, que está a unos 0,19 metros para la portadora L1. La precisión del 1% de longitud de onda en la detección del borde de ataque, reduce este componente de error pseudorange a tan sólo 2 milímetros. Esto se compara a 3 metros para el código C / A y 0,3 metros para el código P.

Sin embargo, dos precisión milimétrica requiere la medición de la eliminación total el número de ondas veces la longitud de onda, más la longitud de onda fraccionaria, lo que requiere receptores especialmente equipados. Este método tiene muchas aplicaciones topográficas.

Triple de diferenciación seguida de encontrar la raíz numérica, y convocó a una técnica matemática mínimos cuadrados puede estimar la posición de un receptor determinado la posición de otro. En primer lugar, calcular la diferencia entre los satélites, a continuación, entre los receptores y, finalmente, entre las épocas. Otras órdenes de tomar las diferencias son igualmente válidas. La discusión detallada de los errores se omite.

Doble de diferenciación[68] calcula la diferencia de la diferencia de un receptor de satélite de la de receptor 2. Esto elimina los errores de unos relojes de los satélites. Esta diferencia es doble:

Triple de diferenciación[69] resta la diferencia de tiempo en un receptor de la de tiempo 2. Esto elimina la ambigüedad asociada con el número entero de longitudes de onda en la fase del portador siempre que esta ambigüedad no cambia con el tiempo. Por lo tanto el resultado de la diferencia triple elimina prácticamente todos los errores de sesgo del reloj y la ambigüedad entero. retrasar la Atmósfera y los errores de efemérides de satélites se han reducido considerablemente. Esta diferencia es triple:

resultados Triple diferencia puede ser utilizado para estimar las variables desconocidas. Por ejemplo, si la posición de un receptor se conoce, pero la posición de receptor de dos desconocidos, es posible estimar la posición del receptor 2 con encontrar la raíz numérica y los mínimos cuadrados. resultados Triple diferencia de tres pares independientes del tiempo, muy posiblemente será suficiente para resolver el receptor 2 de tres componentes posición. Esto puede requerir el uso de un procedimiento numérico.[70][71] Una aproximación de dos receptor posición se requiere para utilizar un método numérico. Este valor inicial probablemente puede ser el indicado por el mensaje de navegación y la intersección de las superficies de esfera. Tal estimación razonable puede ser clave para encontrar el éxito raíz multidimensional. Iteración de tres pares de tiempo y un valor inicial bastante buena produce un resultado de la diferencia observada triple para dos receptor de posición. pares de procesamiento adicionales de tiempo puede mejorar la precisión, overdetermining la respuesta con soluciones múltiples. Mínimos cuadrados puede estimar un sistema sobredeterminado. Mínimos cuadrados determina la posición del receptor 2, que mejor se adapte a los resultados observados triple diferencia para el receptor 2 posiciones bajo el criterio de reducir al mínimo la suma de los cuadrados.

Global Positioning System. (2010, December 6). In Wikipedia, The Free Encyclopedia. Retrieved 03:07, December 9, 2010, from http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Global_Positioning_System&oldid=400952485

Sistema de Posicionamiento Global (GPS)

El Global Position System (GPS) o Sistema de Posicionamiento Global (más conocido con las siglas GPS aunque su nombre correcto es NAVSTAR-GPS[1] ) es un Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS) el cual permite determinar en todo el mundo la posición de un objeto, una persona, un vehículo o una nave, con una precisión hasta de centímetros usando GPS diferencial, aunque lo habitual son unos pocos metros. Aunque su invencion se le atribuye a los gobiernos franceses y belga, el sistema fue desarrollado e instalado, y actualmente es operado, por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos.

El GPS funciona mediante una red de 27 satélites (24 operativos y 3 de respaldo) en órbita sobre el globo a 20.200 km con trayectorias sincronizadas para cubrir toda la superficie de la Tierra. Cuando se desea determinar la posición, el aparato que se utiliza para ello localiza automáticamente como mínimo cuatro satélites de la red, de los que recibe unas señales indicando la posición y el reloj de cada uno de ellos. Con base en estas señales, el aparato sincroniza el reloj del GPS y calcula el retraso de las señales, es decir, la distancia al satélite. Por “triangulación” calcula la posición en que éste se encuentra. La triangulación en el caso del GPS, a diferencia del caso 2-D que consiste en averiguar el ángulo respecto de puntos conocidos, se basa en determinar la distancia de cada satélite respecto al punto de medición. Conocidas las distancias, se determina fácilmente la propia posición relativa respecto a los tres satélites. Conociendo además las coordenadas o posición de cada uno de ellos por la señal que emiten, se obtiene la posición absoluta o coordenadas reales del punto de medición. También se consigue una exactitud extrema en el reloj del GPS, similar a la de los relojes atómicos que llevan a bordo cada uno de los satélites.

La antigua Unión Soviética tenía un sistema similar llamado GLONASS, ahora gestionado por la Federación Rusa.

Actualmente la Unión Europea intenta lanzar su propio sistema de posicionamiento por satélite, denominado ‘Galileo’.

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