Temario - .que incluir´a nuevas frecuencias portadoras, cu´ales ser´an esas frecuencias,

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  • Temario

    PARTE 1: SISTEMAS TERRESTRES

    TEMA 1: INTRODUCCION

    1. Fundamentos de navegacion terrestre2. Errores de posicionamiento3. Propagacion de Ondas

    TEMA 2: SISTEMAS DE NAVEGACION HIPERBOLICOS

    1. Introduccion2. Sistema OMEGA3. Sistema DECCA4. Sistema LORAN-C

    TEMA 3: RADIOFAROS

    1. VOR (Very High Frequency Omnidirectional Range)2. DME (Distance Measuring Equipment)3. TACAN (TACtical Air Navigation)

    TEMA 4: SISTEMAS DE APROXIMACION Y ATERRIZAJE

    1. Sistema ILS (Instrument Landing System)2. Sistema MLS (Microwave Landing System)

    PARTE 2: SISTEMAS SATELITALES

    TEMA 5: INTRODUCCION

    1. Geometra y orbita de un satelite2. Principios de navegacion por satelite3. Senales de espectro ensanchado4. Errores de posicionamiento en sistemas satelitales

    TEMA 6: TRANSIT

    1. Principios2. Exactitud

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  • 2 Introduccion a los GNSS.

    TEMA 7: GPS

    1. Senal GPS2. Antenas y sistemas receptores GNSS3. Adquisicion y seguimiento de la portadora y el codigo4. Procesado de senal y posicionado5. GPS diferencial6. Sistemas GPS extendidos7. Integracion del GPS con otros sensores

    TEMA 8: GALILEO

    1. Senal Galileo2. Interoperabilidad entre GPS y Galileo3. Servicios y Aplicaciones basados en el sistema Galileo

  • Prefacio

    La radiodeterminacion, es la determinacion de la posicion, la velocidad u otras carac-tersticas de un objeto, o de cierta informacion relacionada con esos parametros medianteel uso de ondas de radio.

    Dentro de la radiodeterminacion, hay dos campos principales: la radiolocalizacion,que es actua sobre objetos pasivos y se refiere fundamentalmente a sistemas radar, y laradionavegacion, basicamente activa.

    Nosotros nos centraremos aqu en la radionavegacion. Se trata de una disciplina de graninteres dada la necesidad de disponer de ayudas para la navegacion y el posicionamientotanto en tierra como en mar o aire. Un ejemplo de esa necesidad ha sido la de las companaspetrolferas para tener buenas guas de geolocalizacion en el mar, y que proporciono unafuente de financiacion de la tecnologa previa al GPS. En cuanto a este ultimo, se englobadentro de los llamados Global Navigation Satellite System (GNSS) y engloba tanto alGlobal Positioning System (GPS) americano, en estos momentos el unico funcional, comoel Globalnaya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema, o GLONASS, que es el sistemaruso que dejo de serlo con la caida del bloque sovietico, el GALILEO europeo, el IndianRegional Navigational Satellite System (IRNSS) indio o el COMPASS chino.

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  • 4 Introduccion a los GNSS.

  • Introduccion a los Sistemas deNavegacion por Satelite (GlobalNavigation Satellite System,GNSS)

    El Sistema de Posicionamento Global (Global Positioning System, GPS ) es un sistema denavegacion por satelite operado por el Departameto de Defensa de los EEUU cuyo primersatelite se lanzo en 1978. En 1994 se consiguio una cobertura global, momento en el cualse alcanzo el numero de 24 satelites en orbita.

    Preguntas:

    Cuantos satelites tiene en estos momentos en funcionamiento el sistemaGPS? Cuando fue lanzado el mas antiguo que continua aun siendo ope-racional? Y el mas reciente?

    Cuantos satelites son visibles en promedio desde cualquier punto de lasuperficie de la Tierra?

    El sistema GPS ha consistido tradicionalmente en el uso de dos frecuencias, designadascomo L1 (1575.42 MHz) y L2 (1227.60 MHz). La portadora L1 esta modulada a 1.023MHz y se usa para el modo basico civil llamado SPS (Standard Positioning Service) o decodigo C/A (Coarse-Acquisition). Ademas existe otra modulacion a 10.23 MHz para unposicionamiento mas preciso llamado PPS (Precise Positioning Service) encriptado en elcodigo denominado P(Y).

    0.1 Concepto basico: Determinacion de la posicion

    Para determinar una posicion desconocida en 3 dimensiones, en principio se necesita cono-cer su distancia a 3 puntos dados de coordenadas conocidas. Aunque los satelites delsistema GPS estan equipados con relojes atomicos de gran precision, los relojes de losreceptores son de cuarzo de manera que la precision del tiempo absoluto no es buena. Portanto, al tener que determinar 4 variables, incluyendo la temporal, hacen falta 4 satelites.

    5

  • 6 Introduccion a los GNSS.

    En la practica los receptores captan cuantos satelites estan al alcance y usan una regresionen mnimos cuadrados para determinar los valores mas probables de las variables. El sis-tema GPS calcula estas distancias a partir del tiempo que tarda la senal en llegar delsatelite al receptor, siendo el tiempo de transmision parte del mensaje emitido.

    El modo mas simple de operacion es usar un solo receptor GPS que use transmisionesSPS. La exactitud en la medida del tiempo de propagacion del satelite al receptor estpicamente, como veremos mas adelante, de 10 ns, lo que corresponde a una incertidumbrede 3 m aproximadamente. A esto se anaden otros errores, que analizaremos en el curso,hasta dar una valor de 15 m de exactitud. Este valor se degrado tradicionalmente por elllamado Selective Availability (SA), anadiendo un error aleatorio al mensaje transmitidopor los satelites en cuanto al tiempo de sus relojes. Esto degradaba la exactitud hastaponer un valor de 100 m para un 95% de certeza. El tiempo de correlacion de este erroranadido era de 4 minutos para la componente horizontal y de 10 minutos para la vertical.Promediando, pues, con n medidas separadas en 4 (10) minutos o mas podemos reducirel error en un factor

    n.

    Preguntas:

    Cuantas medidas habra que realizar para volver a la precision de 15 m?Es posible obtener una precision de 10 m a traves de muchas medidas?

    El sistema GPS se modernizara para convertirse en el llamado GPS III,que incluira nuevas frecuencias portadoras, cuales seran esas frecuencias,que denominacion tendran y que aportaran?.

    Una precision superior a la mencionada se puede alcanzar usando la tecnica de GPSdiferencial. Esta tecnica requiere al menos dos receptores y se basa en que muchos de loserrores (por ejemplo, los debidos a la propagacion en la atmosfera) tienen un grado muyalto de correlacion espacial, de manera que se presentan como errores comunes para losdos receptores y son irrelevantes para conocer la distancia entre los dos receptores. Esto esvalido por ejemplo para dos receptores situados a 100 km el uno del otro. Usando tecnicasdiferenciales podemos conocer su distancia relativa con una precision del orden de 1 m. Siademas explotamos la informacion de la fase de las portadoras, que se puede recuperar encada receptor podemos bajar a precision milimetrica.

    Pregunta:

    Si la longitud de onda de la portadora L1 es de 190 mm, y la precisioncon la que determinamos la fase es de 3 grados, ?que precision podemosalcanzar para una medida diferencial?

    0.2 Futuro del sistema GPS y de sus competidores europeo(GALILEO) y ruso (GLONASS)

    El sistema civil de GPS ha sido de uso gratuito para todo el mundo desde que entroen funcionamiento. Se suele citar como motivo desencadenante el derribo de un avion depasajeros por un caza sovietico en 1983, que causo 269 vctimas, y la posterior promesa del

  • Sistemas Terrestres de Radionavegacion. Jose Luis Alvarez Perez. 7

    presidente de EEUU, Ronald Reagan, de que el sistema GPS estara disponible de maneragratuita para uso civil. Esto ha impulsado sin duda su exito, as como la constante mejorade la flota de satelites y de la tecnologa (GPS III es el ejemplo mas actual). El costeactual de mantener el sistema es de unos 750 millones de dolares anuales.

    El sistema GLONASS (Globalnaya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema) fue la al-ternativa sovietica al GPS y tambien estuvo disponible de manera gratuita en su momentode funcionamiento. Justo cuando el programa entraba en fase operativa la ex-URSS tuvoun colapso financiero que le impidio mantener el sistema operacional. En estos momen-tos el sistema GLONASS consta solamente de 20 satelites. Hasta hace poco, la mayoraestaban situados de manera que permitan una navegacion precisa en Chechenia al preciode haber disminuido la cobertura en otras zonas de Rusia al 66% y del mundo al 53%.Se pretende volver a tener un sistema global para 2011 con la cooperacion de la agenciaespacial india. Recientemente se oyen noticias de que se pretende tener listo ya en el 2009.

    El sistema europeo se denomina GALILEO y tratara de competir con GPS-III, aunqueya ha sufrido algunas derrotas con respecto a este. Durante la conferencia europea deGNSS del ano 2000, cuando se anuncio la voluntad de Europa de lanzar su programa,el presidente Bill Clinton anuncio simultaneamente que el SA se desactivara ese mismoda del anuncio, lo que proporcionaba una exactitud de 15 m en vez de 100 m. Ademasse mostro la efectividad de los llamados sistemas de extension (WAAS y EGNOS, queestudiaremos) sobre GPS para conseguir una exactitud de 3 m. Un problema adicionalde GALILEO es la voluntad de cobrar una tasa sobre los chipsets de los receptores a losfabricantes y de que muchos de sus servicios vayan a ser de pago.

    En un momento dado se hablo de la posibilidad de hacer los tres sistemas compatiblese interoperables. A da de hoy seran compatibles en el sentido de que no causaran inter-ferencias el uno en el otro pero no seran interoperables en el sentido de que operen unocon los datos del otro o al menos de que exista esa opcion.

    Preguntas:

    Proporcionense ejemplos de servicios ya anunciados como gratuitos y ser-vicios de pago para GALILEO.

    Cuales son los plazos para que GALILEO sea operacional, originalmentey tal y como han quedado redefinidos a fecha de hoy?

    Cuando se lanzo el primer y unico satelite de GALILEO? Como sellama? En el momento de su lanzamiento, cuanto tiempo quedaba paraque se perdiera la licencia de uso de su espacio electro