GNSS - SISTEMAS DE NAVEGACÍON GLOBAL POR SATÉLITE
Los sistemas de navegación global por satélite, del inglés Global Navigation Satellite System (GNSS) son una técnica de geodesia espacial que, en base a una constelación de satélites transmitiendo señales, permiten obtener datos de posicionamiento y tiempo a los receptors GNSS.
Cuatro constelaciones de satélites GNSS proporcionan cobertura global: la europea GALILEO, la estadounidense GPS, la rusa GLONASS y la china BEIDOU. Existen otras constelaciones que no proporcionan posicionamiento global pero sí regional en áreas específicas.
El funcionamiento de los sistemas GNSS se rige por cuatro criterios:
- Precisión: la diferencia entre el parámetro medido por un receptor y la posición, velocidad o tiempo real.
- Integridad: Capacidad del Sistema para proporcionar un límite de calidad y, si se obtuvieran datos anómalos, una alarma.
- Continuidad: Habilidad del Sistema para funcionar sin interrupciones.
- Disponibilidad: Porcentaje del tiempo que se cumplen los criterios de precision, integridad y contunuidad.
El funcionamiento de los sistemas GNSS puede mejorarse utilizando sistemas de aumentación por satélite (del inglés satellite-based augmentation systems, SBAS), como el Sistema europeo EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service). EGNOS mejora la precision y fiabilidad de la información GNSS corrigiendo los errores que sufren las señales y proporcionando información sobre la integridad de éstas.
PRINCIPIOS DE FUNCIONAMENTO
El principio de posicionamiento se basa en la resolución de un problema geométrico elemental, que involucra las distancias (alcances) de un usuario a un conjunto de al menos cuatro satélites GNSS con coordenadas conocidas.
Estos alcances y coordenadas de satélite los determina el receptor del usuario utilizando señales y datos de navegación transmitidos por los satélites. El observable básico en un GNSS es el tiempo necesario para que una señal viaje desde el satélite (transmisor) hasta el receptor. Este tiempo de viaje, multiplicado por la velocidad de la luz, proporciona una medida de la distancia aparente (pseudorange) entre ellos. Con cuatro medidas de distancias se pueden resolver 4 incógnitas. Para el usuario final estas 4 incógnitas son las 3 incógnitas de su posición (X, Y y Z o Latitud, Longitud y Altura) y el error de reloj de su receptor GNSS. Este principio se llama trilateración (ver Fig. 1).
Las coordenadas de usuario resultantes se pueden calcular con una precisión de varios metros. Sin embargo, el posicionamiento a nivel de centímetros se puede lograr utilizando técnicas más avanzadas.
[Ref.] https://www.reseau-teria.com/language/en/2021/12/20/positioning-by-gnss-gps-galileo-satellites-how-does-it-work/
INFRAESTRUCTURA
GNSS comprende tres segmentos principales:
- Segmento espacial: El segmento espacial del sistema está formado por los satélites GNSS y las señales de radio emitidas desde el espacio a la Tierra.
- Segmento de control: El segmento de control consiste en un sistema de estaciones de seguimiento ubicadas alrededor del mundo.
- Segmento de usuarios: El segmento de usuarios está formado por los receptores GNSS (por ejemplo, un teléfono inteligente) y la comunidad de usuarios.
RED
Existen redes regionales o internacionales de estaciones permanentes GNSS en todo el mundo. Una estación permanente funciona continuamente, utilizando receptores GNSS geodésicos (están especialmente diseñados para obtener las mejores precisiones). La posición de las estaciones permanentes GNSS se puede lograr con una precisión de nivel milimétrico.
Algunos ejemplos de redes permanentes GNSS son:
- La red ERGNSS, red GNSS pública española con más de 130 estaciones en toda España, controlada por el Instituto Geográfico Nacional (IGN). La posición y las series temporales de las estaciones se calculan diariamente.
- La red del IGS (Internacional GNSS Service) cuenta con más de 500 estaciones en todo el mundo (Ver Fig.3). Actualmente, los centros de análisis del IGS proporcionan diariamente la solución tridimensional de posición y velocidad de cada estación.
[Ref.] Imagen por igs.org
PRODUCTOS
Los productos directos de GNSS son efemérides precisas de satélites GNSS, posiciones y velocidades de estaciones, ERPs (Parámetros de Rotación de la Tierra: movimiento polar y duración del día) y soluciones de reloj de estaciones y satélites. Otros productos derivados de los datos GNSS incluyen estimaciones del retardo del trayecto cenital (ZPD – Zenith Path Delay) de la troposfera y mapas de la ionosfera global (valores de TEC – Total Electon Content).
Las series temporales se pueden calcular a partir de las estaciones permanentes. Estos son muy valiosos para fines geodinámicos.
En la Fig.4 se presenta un ejemplo de la serie temporal calculada a partir de la estación permanente RAEG, en la Estación RAEGE de Santa Maria. En esta serie, los desplazamientos en las direcciones Norte (gráfico superior), Este (gráfico central) y Vertical (gráfico inferior) están representados desde el año 2017. Los cambios en el equipo o otros eventos relevantes están marcados con líneas verticales de colores.
APLICACIONES
Las observaciones GNSS se utilizan en todo el mundo en multitud de aplicaciones como:
- Obras civiles y topografía;
- Cartografía;
- Agricultura;
- Investigación y alerta de desastres naturales;
- Apoyo a la investigación científica en la realización del Marco de Referencia Terrestre Internacional (ITRF), vigilando la deformación de la Tierra sólida, vigilando la rotación de la Tierra, vigilando las variaciones de la hidrosfera (nivel del mar, capas de hielo, etc.);
- Determinación de la órbita de los satélites GNSS;
- Vigilar la ionosfera y la troposfera de la Tierra;
- Establecer referencias de reloj.