Todo el mundo habla de GPS, pero ¿qué es el GPS?

GPS es la abreviatura de Global Positioning System en inglés.

1. Introducción:

El Sistema de Posicionamiento Global es una tecnología que combina el desarrollo de satélites y comunicaciones, utilizando satélites de navegación para cronometrar y medir distancias. El Sistema de Posicionamiento Global por Satélite (GPS, por sus siglas en inglés) fue desarrollado por los Estados Unidos a partir de la década de 1970. Tomó más de 20 años y costó 20 mil millones de dólares estadounidenses, y se completó por completo en 1994. Un sistema de posicionamiento y navegación por satélite de nueva generación con capacidades integrales de navegación y posicionamiento tridimensional en tiempo real en tierra, mar y aire. Después de casi diez años de uso por parte de los departamentos de topografía y cartografía de mi país, se ha demostrado que el sistema global de posicionamiento por satélite se ha utilizado con éxito en estudios geodésicos, estudios de ingeniería, fotografía aérea, navegación y control de vehículos y movimiento de la corteza terrestre con sus características de para todo clima, alta precisión, automatización y alta eficiencia. La topografía, la medición de la deformación de ingeniería, el estudio de recursos, la geodinámica y otras disciplinas han logrado buenos beneficios económicos y sociales.

Los sistemas de navegación y posicionamiento por satélite existentes incluyen el Sistema de Posicionamiento Global (GPS) estadounidense y el Sistema de Navegación Global por Satélite ruso (GLONASS), así como el Beidou de China y el Galileo de Europa.

A. El sistema GPS en los Estados Unidos

El sistema de posicionamiento global por satélite GPS consta de tres partes: la parte espacial: la constelación GPS; el sistema de monitoreo terrestre parcial de control; El equipo del usuario es parte del receptor de señal GPS.

1. Parte espacial

La parte espacial del GPS está compuesta por 24 satélites en funcionamiento. Está ubicado a 20200 km sobre la superficie terrestre y distribuido uniformemente en 6 planos orbitales (cada 4 superficies orbitales). ), la inclinación orbital es de 55°. Además, hay 4 satélites de respaldo activos operando en órbita. La distribución de satélites permite observar más de 4 satélites en cualquier parte del mundo en cualquier momento y puede mantener imágenes geométricas con buena precisión de posicionamiento. Esto proporciona una capacidad de navegación global temporalmente continua. Los satélites GPS generan dos conjuntos de códigos, uno se llama código C/A (código grueso/de adquisición 11023 MHz); el otro se llama código P (código Procise 10123 MHz). Debido a su mayor frecuencia, el código P no es susceptible a interferencias y tiene. Alta precisión de posicionamiento Está controlado por el ejército de los EE. UU. y tiene una contraseña que los civiles comunes no pueden descifrar. Sirve principalmente al ejército de los EE. UU. Después de tomar medidas artificialmente para reducir deliberadamente la precisión, el código C/A está abierto principalmente al uso privado.

2. Sección de control terrestre

La sección de control terrestre consta de una estación de control principal, 5 estaciones de monitoreo global y 3 estaciones de control terrestre. Las estaciones de seguimiento están equipadas con sofisticados relojes y receptores de cesio capaces de medir continuamente todos los satélites visibles. La estación de seguimiento obtendrá datos de observación satelital, incluidos datos ionosféricos y meteorológicos, después de un procesamiento preliminar, y los transmitirá a la estación de control principal. La estación de control principal recopila datos de seguimiento de cada estación de monitoreo, calcula la órbita del satélite y los parámetros del reloj y luego envía los resultados a tres estaciones de control terrestres. Cuando cada satélite se mueve hacia el cielo, la estación de control terrestre inyecta estos datos de navegación e instrucciones de la estación de control maestra en el satélite. Esta inyección se produce una vez al día para cada satélite GPS, con una inyección final antes de que el satélite abandone el alcance de la estación de inyección. Si falla una estación terrestre, la información de navegación almacenada en el satélite seguirá estando disponible durante un período de tiempo, pero la precisión de la navegación disminuirá gradualmente.

3. Parte del equipo del usuario

La parte del equipo del usuario es el receptor de señal GPS. Su función principal es capturar los satélites a medir seleccionados de acuerdo con un cierto ángulo de corte del satélite y rastrear el movimiento de estos satélites. Cuando el receptor captura la señal del satélite rastreado, puede medir la pseudodistancia y la tasa de cambio de distancia desde la antena receptora al satélite, y demodular los parámetros de la órbita del satélite y otros datos. Con base en estos datos, la computadora con microprocesador en el receptor puede realizar cálculos de posicionamiento de acuerdo con el método de solución de posicionamiento y calcular la longitud, latitud, altitud, velocidad, tiempo y otra información de la ubicación geográfica del usuario. El hardware del receptor y el software de a bordo, así como el paquete de software de posprocesamiento de datos GPS, constituyen un equipo completo de usuario de GPS. La estructura del receptor GPS se divide en dos partes: la unidad de antena y la unidad receptora.

Los receptores generalmente utilizan dos tipos de fuentes de alimentación de CC, internas y externas. El propósito de configurar la fuente de alimentación interna es mantener una observación continua al reemplazar la fuente de alimentación externa. La batería interna se carga automáticamente cuando se utiliza una fuente de alimentación externa. Después del apagado, la batería interna alimenta la memoria RAM para evitar la pérdida de datos. Actualmente, varios tipos de receptores son cada vez más pequeños y livianos, lo que los hace más fáciles de usar para observaciones de campo.

B. Sistema ruso GLONASS

El sistema ruso GLONASS también consta de tres partes: constelación de satélites, sistema de soporte terrestre y equipo de usuario.

1. Constelación GLONASS

La constelación GLONASS consta de 24 satélites en funcionamiento y 3 satélites de respaldo, por lo que la constelación GLONASS consta de 24 satélites. Las 24 estrellas están distribuidas uniformemente en tres planos orbitales casi circulares. Estos tres planos orbitales están separados por 120 grados. Cada plano orbital tiene 8 satélites en el mismo plano que están separados por una altitud orbital de 19.100 kilómetros. horas y 15 minutos, y una inclinación orbital de 64,8 grados

2 Sistema de apoyo en tierra

El sistema de apoyo en tierra consta de un centro de control del sistema, un sincronizador central y un sistema de telemetría y control remoto estación de control (incluida la estación de seguimiento láser) y equipo de control de navegación de campo. Las funciones del sistema de apoyo terrestre se desempeñaron en muchos lugares de la antigua Unión Soviética. Con la desintegración de la Unión Soviética, el sistema GLONASS fue administrado por la Agencia Espacial Rusa. La sección de apoyo terrestre se redujo a sitios únicamente en Rusia. El centro de control del sistema y el procesador central de sincronización están ubicados en Moscú, y la telemetría y el control remoto. Las estaciones de control están ubicadas en San Petersburgo, Ternopil, Enisesk y Qingcheng.

3 Equipo de usuario

El equipo de usuario de GLONASS (es decir, el receptor) puede recibir la señal de navegación transmitida por el satélite, medir su pseudorango y su tasa de cambio de pseudorango, y extraerla de la señal del satélite y procesar los mensajes de navegación. El procesador receptor procesa los datos anteriores y calcula la información de ubicación, velocidad y tiempo del usuario. El sistema GLONASS proporciona servicios tanto militares como civiles. La precisión de posicionamiento absoluta del sistema GLONASS es de 16 metros en dirección horizontal y 25 metros en dirección vertical. En la actualidad, el uso principal del sistema GLONASS es la navegación y el posicionamiento. Por supuesto, al igual que el sistema GPS, también se puede utilizar ampliamente en varios niveles y tipos de campos de posicionamiento, navegación y tiempo-frecuencia.

C. Beidou Star de China

El sistema de navegación y posicionamiento Beidou (conocido como Sistema Beidou) consta de tres partes: una constelación espacial, un sistema de centro de control terrestre y un usuario. Terminal.

1. Constelación espacial

Se prevé que el segmento espacial del Sistema de Navegación Beidou de China (COMPASS) en construcción consista en cinco satélites en órbita geoestacionaria y 30 satélites en órbita no geoestacionaria, proporcionando dos servicios. métodos, a saber, servicios abiertos y servicios autorizados. A 36.000 kilómetros de altura, ubicado sobre el ecuador a 80 y 140 de longitud este respectivamente, realizando la tarea de retransmisión de señales de radio bidireccionales entre el centro de control en tierra y los terminales de usuario. También hay un satélite de respaldo ubicado sobre el ecuador a 115,5 de longitud este. El satélite pesa 980 kg y tiene una vida útil de no menos de 8 años.

2 Sistema de centro de control terrestre

El centro de control terrestre del sistema Beidou incluye control principal, estación de medición de órbita y altimetría. estación, y estación de corrección y centro de computación, utilizado principalmente para medir y recopilar parámetros de corrección de navegación y posicionamiento, completar la medición de la órbita y ajustar la órbita y actitud del satélite, compilar efemérides, formar datos de corrección de posicionamiento del usuario y posicionar al usuario, es decir, responsable de el envío y recepción de señales de radio y Monitorear y gestionar todo el sistema de trabajo.

3. Equipo de usuario

Según las diferentes máquinas de usuario de Beidou y los entornos y funciones de las aplicaciones, suele haber cinco tipos de máquinas de usuario de Beidou:

Tipo ordinario . Este tipo de máquina de usuario solo puede realizar posicionamiento y comunicación punto a punto, y es adecuada para aplicaciones de posicionamiento y navegación para vehículos en general, barcos y usuarios portátiles. Puede recibir y enviar información de posicionamiento y comunicación, y comunicarse bidireccionalmente con el. estación central y otros terminales de usuario.

Tipo de comunicación. Es adecuado para operaciones de campo, estudios hidrológicos, pruebas ambientales y otros tipos de usuarios de recopilación y transmisión de datos. Puede recibir y enviar mensajes cortos y realizar comunicaciones bidireccionales o unidireccionales con la estación central y otros usuarios. terminales.

Tipo de temporización. Es adecuado para usuarios como servicios de cronometraje, corrección de tiempo y sincronización de tiempo, y puede proporcionar una precisión de sincronización de tiempo de decenas de nanosegundos.

Tipo de mando.

Las computadoras de usuario de tipo comando son utilizadas por departamentos de gestión de grupos de nivel superior con un cierto número de usuarios. Además de tener todas las funciones de las computadoras de usuario normales, también pueden transmitir información de transmisión y recibir información de comunicación de posicionamiento enviada a sus usuarios por el. sistema de control central. Las computadoras de los usuarios de comando se pueden dividir en nivel uno, nivel dos y nivel tres. Entre ellos, la máquina de usuario de comando de primer nivel tiene usuarios bajo su jurisdicción como máquinas de usuario ordinarias; la máquina de usuario de comando de segundo nivel tiene usuarios bajo su jurisdicción como usuarios de máquina de comando de primer nivel; su jurisdicción como usuarios de máquinas de mando de segundo nivel.

Múltiples modelos de máquinas de usuario. Este tipo de máquina de usuario no solo puede recibir información de comunicación y posicionamiento por satélite de Beidou, sino que también puede utilizar el sistema GPS o el sistema de navegación y posicionamiento mejorado por GPS, que es adecuado para usuarios con requisitos relativamente altos de información de ubicación.

D. Galileo Europeo

1. Sistema de Constelaciones

El plan "Galileo" es una solución de posicionamiento por satélite en órbita circular de media altitud. La creación del sistema de posicionamiento y navegación por satélite "Galileo" estará terminada antes de finales de 2007 y se pondrá en funcionamiento en 2008. Se lanzarán un total de 30 satélites, de los cuales 27 son satélites en funcionamiento y 3 son satélites candidatos. El satélite tiene una altitud de 24.126 kilómetros y está situado en tres planos orbitales con una inclinación de 56 grados.

2. Sistema de control terrestre

Incluyendo la sección de control terrestre global, la sección de misión terrestre global, la red de área global, el centro de gestión de navegación, las instalaciones de apoyo terrestre y la organización de gestión terrestre.

3. Sistema de usuario

El extremo del usuario es principalmente el receptor del usuario y sus productos equivalentes. El sistema Galileo está considerando formar un sistema de navegación por satélite compuesto junto con las señales de navegación de GPS y GLONASS. El receptor del usuario será un receptor versátil y compatible.