Global Navigation Satellite System

INTRODUCCION

El 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.

Los orígenes del GNSS se sitúan el 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

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.

. Historia del GNSS.

Como ya se ha mencionado se entiende por GNSS, al conjunto de sistemas de

Navegación por satélite, como son el GPS, GLONASS y el reciente Galileo. Es decir los sistemas que son capaces de dotar en cualquier punto y momento de posicionamiento espacial y temporal.

Sin embargo, el concepto de GNSS es relativamente reciente, puesto que su historia comienza en los años 70 con el desarrollo del sistema estadounidense GPS, que como ya hemos mencionado, tuvo en sus orígenes aplicaciones exclusivamente militares, y su cobertura a pesar de ser mundial, no era, como hoy se entiende “Global”, es decir, era un sistema de uso exclusivamente militar cuyo control estaba bajo el DoD (Department of Defense) de los Estados Unidos, y sometido a un estricto control gubernamental.

No es hasta que se empiezan a tener en cuenta sus aplicaciones civiles, cuando el

Gobierno de los Estados Unidos encarga realizar diversos estudios a distintas agencias como a RAND, con el propósito de analizar la conveniencia de emplear esta tecnología con fines civiles.

Así pues, tras diversos estudios, es en los noventa, a partir de la segunda mitad, cuando esta tecnología comienza a emplearse con fines civiles, y a alcanzarse numerosos acuerdos entre el Gobierno Estadounidense y distintos países de todo el mundo. Siendo el GPS hasta el momento el único sistema de navegación por satélite plenamente operativo, y debido a que el gobierno ruso decide no seguir adelante con GLONASS,

GNSS

Los sistemas de navegación por satélite tienen una estructura claramente definida, que se divide en tres segmentos distintos: un segmento espacial, un segmento de control, un segmento de usuarios.

No se entiende un GNSS sin alguno de estos tres elementos.

Hasta ahora la situación era la de sistemas dependientes del GPS, que no tenían

segmento espacial, o que está en fase experimental, y por tanto son sistemas que por si mismos no son completamente operativos, como el Galileo ahora en fase experimental. Así, mientras que el segmento espacial hasta ahora ha pertenecido exclusivamente al

GPS y al GLONASS (aunque su constelación de satélites no abarca una cobertura

global), quedando el resto de países casi obligados a usarlos

Segmento espacial

Es el segmento compuesto por los satélites que forman el sistema, tanto de navegación como de comunicación. Mientras que los primeros orbitan alrededor de la Tierra, repartiéndose en distintos planos orbitales, los segundos son los que forman los llamados sistemas de aumento que sirven para la corrección de errores de

posicionamiento.

Satélites de navegación

El segmento espacial de un GNSS debe tener el suficiente número de satélites de

navegación, tales que éstos puedan garantizar una cobertura global en todo momento. Además para ser lo suficientemente robusto en el servicio, ha de tener un número que le permita transmitir información de manera redundante en caso de que algún satélite deje de prestar servicio, o para que haya un mayor número de satélites en una zona que nos permitan obtener un posicionamiento más preciso.

Los satélites por otro lado, han de estar colocados en distintos planos orbitales de tal

forma que se cubra toda la Tierra de manera global en todo momento (actualmente el

GPS garantiza un mínimo de 5 satélites visibles en cualquier parte del mundo). Sin

embargo dependiendo del número de satélites, la distribución dentro de estos planos

orbitales no tiene porqué ser uniforme.

basta con saber que el GPS estadounidense en la actualidad tiene una

constelación de 30 satélites, distribuidos en seis planos orbitales de manera no

uniforme, ya que los satélites adicionales que proporcionan información redundante se

han ido añadiendo poco a poco a la constelación originalmente uniforme de 24 satélites.

Satélites de comunicación

Por otro lado, en el SS podemos encontrarnos satélites de comunicación GEO, que

forman los llamados sistemas de aumento, particulares de cada país. Dicho satélite

retransmite la información con correcciones procedente del segmento de control, lo que aumenta la precisión del sistema. Ejemplos de sistemas de aumento son el WASS de EEUU, el EGNOS en Europa o el MFSAS de Japón y Australia.

Segmento de control

Formado por el conjunto de estaciones en tierra que recogen los datos de los

satélites. Este segmento es complejo en su definición, siendo propio de cada país o

coalición de países, y estructurándolos en función de distintos criterios como más

convenga. Sus funciones son garantizar las prestaciones del sistema mediante monitoreo del segmento espacial y aplicar correcciones de posición orbital y temporal a los satélites, enviando información de sincronización de relojes atómicos y correcciones de posicionamiento de órbitas a los distintos satélites.

La estructura básica para todo GNSS, es un conjunto de estaciones de monitorización y una estación de control, que reciben las señales de los satélites y son capaces de llevar a cabo las funciones anteriormente citadas.

Cada estación genera su propia información sobre el funcionamiento del sistema, en

ultima instancia esta información se envía a una estación de control que aplica dichas

correcciones al satélite del GNSS, en cuanto a su posición orbital y coordenadas

temporales, o bien retransmite la información a un satélite geoestacionario que forma un sistema de aumento (como se hace en la actualidad con el GPS, en países que no tienen un segmento espacial propio).

Como la posición de cada estación y las coordenadas temporales se conocen (cada

estación está equipada con un reloj atómico de cesio), se pueden combinar las medidas obtenidas por varias estaciones para crear un sistema de navegación inverso que determine la localización espacial y temporal del satélite.

En última instancia se envía a través de las estaciones de monitorización o de control la nueva información al satélite, que corrige así su órbita y su mensaje de navegación.

Segmento de usuario

Formado por los equipos GNSS que reciben las señales que proceden del segmento

espacial. Este dispositivo está formado por un conjunto de elementos básicos que son:

Antena receptora de GNSS a la frecuencia de funcionamiento del

sistema, de cobertura hemiesférica omnidireccional. Puede ser de muchas

formas y materiales, dependiendo de las aplicaciones y del coste del

receptor: monopolo, dipolo, dipolo curvado, cónico-espiral, helicoidal o

microstrip.

Receptor: es del tipo heterodino, basado en la mezcla de frecuencias que

permite pasar de la frecuencia recibida en la antena a una baja frecuencia

que podrá ser manejada por la electrónica del receptor. Contiene un reloj

altamente estable (generalmente un oscilador de cristal) y normalmente

una pantalla donde mostrar la información de posicionamiento.

Los receptores se encargan de tres funciones principales:

Satellite Manager, que es la gestión de los datos que envía el satélite. En primer

lugar el receptor está en modo INIT en el que se almacena el almanaque y el estado

de los satélites en una memoria. Después pasa al modo NAV en el que almacena los

datos necesarios para los cálculos.

Select Satellite, que se encarga de encontrar los cuatro satélites con geometría

óptima para la navegación, a partir de una lista de satélites visibles.

SV Position Velocity Acceleration, que calcula la posición y velocidad de los

satélites empleados en la navegación.

Este segmento ha evolucionado mucho, desde sus principios donde un receptor era

capaz de captar la señal de cuatro o cinco satélites, hasta la actualidad que tienen hasta doce o veinte canales, lo que permite un mejor posicionamiento.

Además del número de canales (o señales de satélite que es capaz de captar

Prestaciones de los actuales sistemas GNSS

Ahora que ya hemos definido la estructura básica de un sistema global de navegación

por satélite, vamos a analizar las prestaciones básicas que debe ofrecer. Aunque

entraremos en detalle en el próximo capítulo

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