Fuentes de Errores GNSS

Fuentes de Errores GNSS

(Sources of GNSS errors)

Doménica Chapaca^[1]

Resumen:

Un Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS en su acrónimo inglés) es una constelación de satélites que transmite rangos de señales utilizados para el posicionamiento y localización en cualquier parte del globo terrestre, ya sea por tierra, mar o aire, éstos permiten determinar las coordenadas geográficas de un punto dado como resultado de la recepción de señales provenientes de constelaciones de satélites artificiales de la Tierra para fines de navegación, transporte, geodésicos, hidrográficos, agrícolas, gaseosa y otras actividades afines. La red GNSS se compone de tres segmentos: el espacial, el control y los usuarios, el primer segmento espacial lo constituyen los satélites artificiales (de navegación como de comunicación) que forman el sistema, el segundo segmento de control corresponde al conjunto de estaciones presentes en la superficie (en tierra), y el tercer segmento debe entenderse como equipos, terminales, receptores y dispositivos que reciben las señales procedentes del segmento espacial. Sin embargo, la información de los satélites que viaja en señales, puede verse afectada por diversas fuentes de error, de esta forma por medio de la presente investigación, se exponen las diferentes fuentes de error del GNSS.

Palabras clave: GNSS; satélites; segmentos; fuentes; errores

Abstract:

A Global Navigation Satellite System (GNSS in its English acronym) is a constellation of satellites that transmit ranges of signals used for positioning and location in any part of the globe, either by land, sea or air, these allow determining the geographical coordinates of a given point as a result of receiving signals from constellations of artificial satellites of the Earth for navigation, transport, geodetic, hydrographic, agricultural, gas, and other related purposes. The GNSS network is composed of three segments: space, control and users, the first space segment is made up of artificial satellites (navigation and communication) that form the system, the second control segment corresponds to the set of stations present on the surface (on land), and the third segment should be understood as equipment, terminals, receivers and devices that receive signals from the space segment. However, the information of the satellites that travels in signals, can be affected by various sources of error, in this way through the present investigation, the different sources of GNSS error are exposed.

Keywords: GNSS; satellites; segments; sources  mistakes

1. Introducción

GNSS (Global Navigation Satellite System), es el acrónimo que se refiere al conjunto de tecnologías de sistemas de navegación por satélite que proveen de posicionamiento geoespacial con cobertura global de manera autónoma (Global Yachting Ibiza, 2018). Los orígenes del GNSS se sitúan en los años 70 con el desarrollo del sistema militar estadounidense GPS (Global Positioning System), destinado al guiado de misiles, localización de objetivos y tropas etc. A través de una red de satélites (Jose Luis, 2014), un receptor de GNSS es capaz de determinar su posición en cuatro dimensiones (longitud, latitud, altitud, y tiempo), lo que ha dado lugar a multitud de aplicaciones civiles y militares (García, 2008).  Los sistemas de navegación por satélite tienen una estructura claramente definida, que se divide en tres segmentos distintos: un segmento espacial que envía la señal que se recibe en los segmentos de control y usuario, el segmento de control que recibe la señal del segmento de espacio, monitoriza y actualiza información enviando correcciones a los satélites si es preciso y finalmente el segmento de usuario que recepta información procedente del segmento espacial y calcula su posición (García, 2008)

Por ende, al transmitir información a partir de los satélites continuamente puede originar fallas importantes durante el proceso, los cuales se deben evaluar, de tal forma es de gran necesidad investigar a profundidad que tipos de fuente de errores existen y como solucionarlos.

2. Resultados

• Efecto atmosférico:

Los errores atmosféricos en GNSS, suponen una parte muy importante de los errores en GNSS, cuando hablamos de errores atmosféricos en GNSS tenemos en cuenta los causados por la ionosfera y también los causados por la troposfera.

A este tipo de errores se los conoce como errores dependientes de la propagación de la señal en donde:

• Errores de refracción ionosférica: En la frecuencia GPS, el rango del error por refracción en la ionósfera va desde 50 metros (máxima, al mediodía, un satélite cerca del horizonte) hasta 1 metro (mínima, en la noche, un satélite en el zenit). Debido a que la refracción ionosférica depende de la frecuencia, el efecto es estimado comparando mediciones realizadas en dos frecuencias diferentes (L1=1575.42 MHz. y L2=1227.60 MHz.). Usando dos estaciones, una con coordenadas conocidas, se puede corregir errores de tiempo, el retardo del tiempo de viaje en la ionosfera depende de la densidad de 8 7 la señal y de la frecuencia de la misma, una fuente influyente sobre la densidad de los electrones es la densidad solar y el campo magnético terrestre. Por lo tanto la refracción ionosférica depende de la hora y del sitio de medición. (Castro, 2012)
• Errores de refracción troposférica: La refracción troposférica produce errores comprendidos entre 2 metros (satélite en el zenit) y 25 metros (satélite a 5º de elevación). La refracción troposférica es independiente de la frecuencia, por lo tanto una medición de dos frecuencias no puede determinar el efecto pero este error puede ser compensado usando modelos troposféricos. (Castro, 2012)

La troposfera y la ionosfera pueden cambiar la velocidad de propagación de una señal GPS, debido a las condiciones atmosféricas, la atmósfera refracta las señales de los satélites cuando las atraviesan en su camino hacia la superficie terrestre. Para arreglar esto, un GPS puede usar dos frecuencias separadas para minimizar el error de velocidad de propagación, dependiendo de las condiciones, este tipo de error GPS podría compensar la posición en cualquier lugar a partir de 5 metros.

[pic 1]

Imagen 1. Uso de dos frecuencias separadas para minimizar el error de velocidad de propagación atmosférico

Al pasar la señal del satélite a través de la ionosfera, su velocidad disminuye, produciéndose un efecto similar a la refracción, estos retrasos atmosféricos pueden introducir un error en el cálculo de la distancia, ya que la velocidad de la señal se ve afectada. Este retraso, no es constante de manera que existen diversos factores que influyen:

 - A. Elevación del satélite: Las señales de satélites que se encuentran en un ángulo de elevación bajo se verán más afectadas que las señales de satélites que se encuentran en un ángulo de elevación mayor, debido a que la distancia a recorrer es mayor. (Vásquez, 2015)

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