Sesión 3-A

Métodos de Posicionamiento GPS
A
B
Manuel Berrocoso Domínguez. Laboratorio de Astronomía,
Geodesia y Cartografía. Departamento de Matemáticas. Facultad de Ciencias.
Campus Río San Pedro. Universidad de Cádiz. Correo-e:
manuel.berrocoso@uca.es
Limitaciones del sistema GPS
Limitaciones INHERENTES al sistema en el posicionamiento
absoluto en tiempo real (satélites, medio de propagación,
estación-receptor)
 Efemérides de los satélites
 Errores de los osciladores de los satélites y de los receptores
 Efectos ionosférico y troposférico
 Corrección del centro de fase de antena
 Pérdidas de ciclos
 Regularidad en la geometría de los satélites
 Efectos relativistas
 Efecto de reflexión de la señal
 Obstáculos y emisión de radiofrecuencias en el entorno de la estación
 Inestabilidad de estaciones (redes geodésicas)
 y un largo etcétera (medida errónea de la altura de la antena)
Resumen de las fuentes de error del sistema GPS
Errores típicos, en Metros (Por cada satélite)
Fuentes de Error
Reloj del Satélite
GPS Actual
Desde 2/5/2000
1.5
GPS Standard
Hasta 2/5/2000
GPS Diferencial
1.5
0
Errores Orbitales
2.5
2.5
0
Ionosfera
5.0
5.0
0.4
Troposfera
0.5
0.5
0.2
0.3
0.3
30
0
Ruido en el Receptor
Disponibilidad Selectiva
0.3
0
Exactitud Promedio
de la Posición
Horizontal
15
50
1.3
Vertical
24
78
2.0
3-D
28
93
2.8
Efemérides de los satélites
 Emitidas en el mensaje de navegación (D)
 Efemérides ultrarrápidas y rápidas
 Efemérides precisas
http://itrf.ensg.ign.fr/ITRF_solutions/index.php
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Antenna Reference Point(ARP): AGUASCALIENTES CORS ARP
----------------------------------------------------PID = DE6554
IGS08 POSITION (EPOCH 2005.0)
Computed in Aug 2011 using data through gpswk 1631.
X = -1260435.694 m
latitude
= 21 51 22.15327 N
Y = -5788547.320 m
longitude
= 102 17 03.13082 W
Z =
2360340.112 m
ellipsoid height = 1888.047
m
IGS08 VELOCITY
Computed in Aug 2011 using data through gpswk 1631.
VX = -0.0025 m/yr
northward = -0.0041 m/yr
VY =
0.0298 m/yr
eastward = -0.0088 m/yr
VZ = -0.0159 m/yr
upward
= -0.0325 m/yr
L1 Phase Center of the current GPS antenna: AGUASCALIENTES CORS L1 PC C
----------------------------------------------------------------------The D/M element, chokerings, -radome antenna
(Antenna Code = TRM29659.00
NONE) was installed on 06Feb2000.
The L2 phase center is 0.029 m above the L1 phase center.
PID = DE6555
http://www.ngs.noaa.gov/CORS/
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FICHEROS RINEX
http://sopac.ucsd.edu/processing/orbits.html
http://sopac.ucsd.edu/dataArchive/
Scripps Orbit and Permanent Array Center (SOPAC) pertenece al Instituto
de Geofísica y Física Planetaria de la Universidad de California San Diego.
Su papel principal es dar soporte a las medidas geodésicas y geofísica de
alta precisión usando GPS, en particular para el estudio de terremotos,
movimiento de placas tectónicas, deformación en bordes de placa, y
procesos meteorológicos.
SOPAC participa en IGS como Global Data Center y Global Analysis
Center
FICHEROS RINEX
2.11
OBSERVATION DATA M
RINEX VERSION / TYPE
SPIDER V4,3,0,4633
2014 01 02 00:05 PGM / RUN BY / DATE
FRON
MARKER NAME
FRON
MARKER NUMBER
OBSERVER / AGENCY
495378
LEICA GRX1200+GNSS 8.51/6.110
REC # / TYPE / VERS
LEIAX1203+GNSS NONE
ANT # / TYPE
5371961.2442 -1746591.0368 2952502.2598
APPROX POSITION XYZ
0.0000
0.0000
0.0000
ANTENNA: DELTA H/E/N
1 1
WAVELENGTH FACT L1/2
4 C1 L1 P2 L2
# / TYPES OF OBSERV
30.000
INTERVAL
2014 01 01 00 00 0.0000000 GPS
TIME OF FIRST OBS
2014 01 01 23 59 30.0000000 GPS
TIME OF LAST OBS
16
LEAP SECONDS
55
# OF SATELLITES
G 1 791 791 791 791
PRN / # OF OBS
G32 573 573 573 573
R 1 547 547 547 546
R24 636 636 636 636
14 01 01 00 00
21666064.000
21276460.420
23494975.900
22669643.680
20539332.400
21274669.460
24553642.740
22229880.100
PRN / # OF OBS
PRN / # OF OBS
PRN / # OF OBS
END OF HEADER
0.0000000 0 15G12G14G22G24G25G29G31R06R07R08R09R10
R16R18R19
113856032.24209 21666059.680 88719018.37647
111808557.55509 21276456.260 87123522.37147
123466931.96608 23494975.120 96207994.14646
119129986.68908 22669645.460 92828376.10746
107934997.68309 20539331.420 84105251.79948
111799139.31008 21274670.040 87116216.17247
129030260.83307 24553638.440 100543048.71345
118622891.97707 22229890.640 92262301.47107
Www.gage.es
http://www.igs.org
IGS
 Productos y datos
 Red de seguimiento
 ftp de acceso a los datos organizados por semanas GPS
ftp://igscb.jpl.nasa.gov/
Productos:
Efemérides (sp3)
Parámetros rotación de laTierra (erp)
Correcciones de los osciladores de los satélites (clk)
Categorías
ultrarrápidas: igu_ week_dia de la semana_hora.
rápidas: igr_ week_dia de la semana_hora
precisas: igs_ week_dia de la semana_hora
http://gage.es/sites/default/files/gLAB/HTML/SP3_Version_C.html
http://gage.es/sites/default/files/gLAB/HTML/RINEX_CLOCKS_v3.00.html
VARIACIONES DEL CENTRO DE FASE DE LA ANTENA
ANTENNA PHASE CENTER VARIATIONS DERIVED FROM ANTEX FILE, BSW5.2 21-MAY-14 10:52
-------------------------------------------------------------------------------FORMAT VERSION: 1.00
ANTENNA MODEL: IGS08
LAST INPUT FILE: I08.ATX
PHASE CENTER OFFSETS AND MAPS AND/OR COEFFICIENTS OF SPHERICAL HARMONICS IN MM:
------------------------------------------------------------------------------TYPE 1 : ELEVATION (RESP. NADIR)/AZIMUTH GRID
TYPE 2 : SPHERICAL HARMONICS COEFFICIENTS (UNNORMALIZED)
TYPE 3 : SPHERICAL HARMONICS COEFFICIENTS (NORMALIZED)
TYPE 4 : SPHERICAL HARMONICS COEFFICIENTS, UPPER HEMISPHERE ONLY (NORMALIZED)
D(Z)
: ZENITH (RESP. NADIR) TABULAR INTERVAL (DEGREES)
D(A)
: AZIMUTH TABULAR INTERVAL (DEGREES)
N(Z)
: DEGREE OF SPHERICAL HARMONICS DEVELOPMENT
M(A)
: ORDER OF SPHERICAL HARMONICS DEVELOPMENT
M(Z)
: MAXIMUM ZENITH (RESP. NADIR) ANGLE
ANTENNA/RADOME TYPE NUMBER SYS FRQ TYP D(O) D(Z) D(A) M(Z) SINEX
METHOD
DATE
REMARK
******************** ****** *
*** *** *** *** *** *** ********** ******************** **********
************************************
MW BLOCK I
001
1
2
1
0
1 360
17 IGS08_1793
25-MAR-11
NORTH MM EAST MM
UP MM
FACTOR
*****.** *****.** *****.** **********
01 0
0.00
0.00
0.00
0.100E+01
02 0
0.00
0.00
0.00
0.100E+01
CALIBRACIONES DE LAS ANTENAS
1.3
M
A
###########################################################
GPS satellite antenna corrections:
- z-offsets:
+ satellite-specific
+ based on reprocessed (1994-2007) and operational
(2008-2010) AC SINEX files
+ solutions aligned to ITRF2008
+ unweighted mean of five ACs (CODE, ESA, GFZ, MIT,
NRCan)
+ analyzed and combined by IGN and TUM
+ L1 and L2 set to the results for the ionosphere-free
linear combination
+ block-specific values for historical satellites
(active prior to 1994)
- phase center variations:
+ block-specific
+ purely nadir-dependent (no azimuth-dependence)
+ maximum nadir angle: 14 degrees (Block I), 17 degrees
(Block II/IIA/IIR-A/IIR-B/IIR-M/IIF)
+ adopted from igs05.atx
+ solutions aligned to IGb00
+ unweighted mean of two ACs (GFZ, TUM)
+ L1 and L2 set to the results for the ionosphere-free
linear combination
+ Block IIF: solutions aligned to IGS08, unweighted
mean of CODE and ESOC
+ extension for nadir angles beyond 14 degrees based on
LEO data from 2009 analyzed by CODE
- x- and y-offsets:
+ block-specific
+ based on manufacturer information
ANTEX VERSION / SYST
PCV TYPE / REFANT
COMMENT
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CARGA OCEÁNICA
http://holt.oso.chalmers.se/loading/
PRESIÓN DE RADIACIÓN
SATELLITE-SPECIFIC INFO FOR GPS/GLONASS/GEO/LEO/SLR, BSW5.2
20-MAY-2014
-------------------------------------------------------------------------------FORMAT VERSION: 1.00
ANTENNA MODEL: IGS08
RADIATION PRESSURE MODEL : C061001
(CODE MODEL COD9801, SPRINGER ET AL, 98)
PART 1: PHYSICAL SATELLITE PARAMETERS
------------------------------------BLOCK
COSPAR ATTITUDE
START TIME
END TIME
MASS
RAD.PRESS AIR DRAG AIR DRAG PLN SLT
PRN SVN NO.
ID
FLAG
YYYY MM DD HH MM SS YYYY MM DD HH MM SS
(KG)
MODEL
C0
1
32
3
1992-079A
0
1992 11 22 00 00 00 2008 10 17 00 00 00
975.0
0.0000
0
0.0000
6
1
37
3
1993-032A
0
2008 10 23 00 00 00 2009 01 07 00 00 00
975.0
0.0000
0
0.0000
3
1
49
7
2009-014A
0
2009 03 24 00 00 00 2011 05 07 00 00 00
1100.0
0.0000
0
0.0000
2
1
35
3
1993-054A
0
2011 06 02 00 00 00 2011 07 14 00 00 00
975.0
0.0000
0
0.0000
2
1
63
8
2011-036A
0
2011 07 16 00 00 00
1555.3
0.0000
0
0.0000
4
AREA/MASS
(M2/KG)
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
C0
MAREAS TERRESTRES
# Frequency Dependence of Solid Earth Tidal Potential (Step1+2)
# -----------------------------------------------------------------------------#
SOLID EARTH TIDE MODEL: IERS2000
ELASTICITY
: ELASTIC
#
LOVE NUMBERS:
# -----------------------------------------------------------------------------# n m
Re(knm)
Im(knm)
knm+
# -----------------------------------------------------------------------------2 0
0.29525
0.00000
-0.00087
2 1
0.29470
0.00000
-0.00079
2 2
0.29801
0.00000
-0.00057
3 0
0.09300
0.00000
0.00000
3 1
0.09300
0.00000
0.00000
3 2
0.09300
0.00000
0.00000
3 3
0.09400
0.00000
0.00000
# -----------------------------------------------------------------------------AMPLITUDES:
# -----------------------------------------------------------------------------# Name | t s h p N ps
ip
op
# A6
|
1e-12
1e-12
# -----------------------------------------------------------------------------2Q1
1 -3 0 2 0 0
-0.1
0.0
http://www.bernese.unibe.ch/
ftp://ftp.unibe.ch/aiub/
I08.ATX
IAU2000R06.NUT
PCV_COD.I08
RECEIVER
SATELLITE.I08
SAT2014.CRX
LA BÚSQUEDA DE LA PRECISIÓN MILIMÉTRICA
LA RECETA
FICHEROS DE RESULTADOS EN FORMATO SINEX
CONTROL DE CALIDAD
SOFTWARE teqc
Control de Calidad de la Red
Andaluza de Posicionamiento
Sobre los datos
Sobre las estaciones
Sobre el proceso geodésico
Series Temporales
Control de calidad de las estaciones
Parámetros
• Observaciones “diarias” realizadas
• Obstáculos en el horizonte
 Efecto multipath o multicamino
 Potencia de la señal recibida
 Relación señal/ruido (Signal to Noise ratio, SNR o S/N)
 Número de observaciones obtenidas frente a las previstas
 Estabilidad de la posición de navegación
Control de calidad de los datos
Control de calidad de las estaciones
CADIZ
GRANADA
HUELVA
JAEN
Obstáculos en las estaciones
Control de calidad de las estaciones
Efecto multipath en la señal
L1 en UCAD
0.0
0.5
1.0
Efecto multipath en la señal
L2 en UCAD
1.5
2.0
Efecto multicamino (reflexiones de la señal)
Control de calidad de las estaciones
Potencia de la señal recibida
Control de calidad de las estaciones
Relación señal/ruido (Signal to Noise ratio, SNR o S/N)
Control de calidad de las estaciones
Estabilidad de la posición de navegación
Control de calidad de los datos
Parámetros
 Número de observaciones realizadas
 Efecto multipath sobre cada frecuencia
 Potencia de la señal recibida
Control de calidad de los datos
Control de calidad de los datos
Cálculo y ajuste de coordenadas
de las estaciones de la Red
Andaluza de Posicionamiento
Cálculo y Ajuste de la red RAP
IGS05
EUREF
ITRF2005
A partir de la semana GPS 1400
Cálculo y Ajuste de la red RAP
Software Bernese 5.0 (módulo BPE)
Ficheros externos
Datos RINEX
Órbitas Precisas
Calcular el error del oscilador del receptor
Formar Simples Diferencias
Corregir pérdidas de ciclo y marcar residuos
Estimación parámetros de la troposfera
Resolución de ambigüedades
Obtención de las ecuaciones normales
Ajuste semanal de la red
Cálculo y Ajuste de la red RAP
Opciones del procesado
Recomendación de EUREF
BKG
IGN
RAP
Fijar ambigüedades
Fijar las mbigüedades en la solución final.
X
X
X
Corrección del centro de fase de
la antena
Uso de la corrección de los valores de la altura del
centro de fase de la antena adoptados por IGS
X
X
X
Máscara de elevación
Máscara de elevación 10 º
X
X
X
Intervalo de observaciones
Uso de un intervalo de observación de 180 sec.
para la estimación de los parámetros finales.
X
X
X
Órbitas de satélites GPS
Uso de las órbitas finales de IGS.
X
X
X
Parámetros de consistencia de
órbita y orientación de la Tierra
Considerar los parámetros de orientación de la
Tierra y los de las órbitas de los satélites GPS.
X
X
X
RMS en archivos SINEX
Incluir los RMS, número de parametros
desconocidos y número de observaciones en la
generación del SINEX semanal.
X
X
X
Desplazamiento de mareas
Aplicar correcciones de cárga oceánica a las
estaciones (GOTO, Onsala).
X
X
X
Función de modelización de la
Troposfera
Función mapping: Dry Niell.
X
X
X
Número de parámetros de la
Troposfera.
Estimación cada hora de la los parámetros de la
troposfera para cada estación.
X
X
X
Cálculo y Ajuste de la red RAP
Coordenadas Absolutas
IGS05
ITRF2005
ETRS89
COORDENADAS REFERIDAS A ITRF2005 (época 2008.00)
ESTACIÓN
ID
X
Y
Z
σx
σy
σz
Algeciras
ALGC
5135570.488
-489449.403
3738221.994
0.004
0.003
0.005
Almería
ALMR
5104673.787
-217597.585
3805329.887
0.002
0.001
0.003
Calar Alto
CAAL
5081921.346
-226112.146
3838297.860
0.003
0.001
0.003
Córdoba
CRDB
5023360.485
-420748.990
3894832.326
0.001
0.003
0.003
Granada
GRAN
5077906.296
-319058.418
3834733.450
0.003
0.002
0.004
Huelva
HULV
5044358.045
-611644.019
3842260.304
0.004
0.004
0.006
Málaga
MLGA
5103686.620
-395880.007
3792209.291
0.001
0.004
0.004
Osuna
OSUN
5064632.443
-451575.738
3838171.986
0.003
0.004
0.006
Ronda
ROND
5096416.810
-458741.601
3796043.784
0.002
0.002
0.003
Sevilla
SEVI
5049343.798
-528173.267
3848027.143
0.007
0.001
0.006
Cádiz
UCAD
5101056.446
-555223.428
3775752.865
0.005
0.001
0.004
Jaén
UJAE
5036324.943
-332898.814
3887177.331
0.002
0.002
0.004
LA RED ANDALUZA DE POSICIONAMIENTO
LA BÚSQUEDA DE LA PRECISIÓN MILIMÉTRICA
LA RECETA
RECEPTORES
Capaces de registrar datos de fase y pseudodistancia
Bifrecuencia
ANTENAS
Diseñadas para disminuir el efecto multipath
Calibración de las antenas
CONDICIONES DE LA OBSERVACIÓN
Sesiones de 24 horas durante al menos 3-4 días
O registro continuo en estaciones permanentes
Intervalo de seguimiento 30 segundos, 10º de máscara de elevación
LA BÚSQUEDA DE LA PRECISIÓN MILIMÉTRICA
ESTACIONES
Estables, seguras y permanentes
OPERADORES DE CAMPO FIABLES
POSTPROCESO DE LOS DATOS DE FASE
Ionosfera libre L3
Dobles diferencias
MODELOS
Variaciones del centro de fase de la antena
Retraso cenital troposférico
Carga oceánica
LA RECETA
LA BÚSQUEDA DE LA PRECISIÓN MILIMÉTRICA
LA RECETA
POSTPROCESO DE LOS DATOS DE FASE
DATOS TABULADOS
Parámetros de rotación de la Tierra para relacionar marcos
inerciales y fijos a la Tierra
Efemérides de la Luna y del Sol (mareas)
Órbitas precisas (IGS)
Y SOFTWARE DE INVESTIGACIÓN:
GAMIT, BERNESE, GIPSY