eraytech gps receivers provider and gps software developer




1. ¿Cuál es GPS? 7.  Medición Exactitud de GPS
2. Como GPS Determina una Posición 8.  El Presupuesto de Error GPS
3. Como las Posiciones Corrientes de Satélites GPS son Determinadas 9.  Niveles de Exactitud GPS
4. Informática de la Distancia Entre Su Posición y los Satélites GPS 10. GPS y Dosel
5. Cuatro (4) Satélites para dar una 3a posición 11. GPS para GIS
6. Utilización de GPS diferencial para Aumentar Exactitud
12. Introducción de GPS (.ppt archivo)

¿Cuál es GPS?


El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) es un sistema de posición basado en una constelación de aproximadamente 24 satélites que están en órbita la tierra en altitudes de aproximadamente 11,000 millas. El GPS fue desarrollado por el Departamento de defensa de los Estados Unidos (DOD), para su aplicación tremenda como una utilidad de localización militar. La inversión del DOD en GPS es inmensa. Los mil millones y los mil millones de dólares han sido invertidos en la creación de esta tecnología para usos militares. Sin embargo, durante varios años pasados, GPS ha resultado ser un instrumento útil en aplicaciones de correlación no militares también.


Los satélites de GPS son estados en órbita bastante altos para evitar que los problemas asociados con la tierra sistemas basados, aún puedan proporcionar la colocación exacta de 24 horas por día, en cualquier parte del mundo. Las posiciones no corregidas determinadas del satélite GPS señalan exactitudes de productos en la variedad de 50 a 100 metros. Usando una técnica llamó la corrección diferencial, los usuarios pueden conseguir posiciones exactas a dentro de 5 metros o menos.

Hoy, muchas industrias son leveraging de la tarea masiva del DOD. Cuando las unidades de GPS se hacen más pequeñas y menos caras, hay un número creciente de aplicaciones para GPS. En aplicaciones de transporte, GPS asiste a pilotos y conductores en el señalamiento de sus posiciones y evitación de colisiones. Los agricultores pueden usar GPS para dirigir el equipo y controlar la distribución exacta de fertilizantes y otros productos químicos. Recreacionalmente, GPS es usado para proporcionar ubicaciones exactas y como un instrumento de navegación para excursionistas, cazadores y canotieres.

Muchos sostendrían que GPS ha encontrado su mayor utilidad en el campo de Sistemas de Información Geográficos (GIS). Con un poco de consideración para el error, GPS puede proporcionar cualquier punto en la tierra con una dirección única (su posición precisa). Un GIS es básicamente una base de datos descriptiva de la tierra (o una parte especifica de la tierra). El GPS le dice que usted está en el punto X, Y, Z mientras GIS le dice que X, Y, el Z es un roble, o un punto en una corriente con un nivel de pH de 5.4. El GPS nos dice "el donde". El GIS nos dice "el que". El GPS/GIS reforma el modo que localizamos, organizamos, analizamos y trazamos un mapa de nuestros recursos.


Como GPS Determina una Posición


En una cáscara de nuez, GPS está basado en la variación de satélite - cálculo de las distancias entre el receptor y la posición de 3 o más satélites (4 o más si la elevación es deseada) y luego la aplicación de algunas viejas matemáticas buenas. La asunción de las posiciones de los satélites es conocida, la posición del receptor puede ser calculada determinando la distancia de cada uno de los satélites al receptor. El GPS toma estas 3 o más referencias conocidas y distancias medidas y "triangulates" una posición adicional.

Como un ejemplo, asuma que le he pedido encontrarme en una posición inmóvil basado sobre unas pistas que quiero darle. Primero, le digo que soy exactamente 10 millas de distancia de su casa. Usted sabría que estoy en algún sitio en el perímetro de una esfera que tiene un origen como su casa y un radio de 10 millas. Con esta información sola, usted tendría un tiempo difícil para encontrarme ya que hay un número infinito de posiciones en el perímetro de aquella esfera.

Segundo, le digo que soy también exactamente 12 millas de distancia de la Tienda de Comestibles de ABECÉ. Ahora usted puede definir una segunda esfera con su origen en la tienda y un radio de 12 millas. Usted sabe que soy localizado en algún sitio en el espacio donde los perímetros de estas dos esferas se cruzan - pero hay todavía muchas posibilidades de definir mi posición.

La adición de esferas adicionales reducirá adelante el número de posiciones posibles. De hecho, un tercer origen y distancia (digo que usted es 8 millas de distancia del Reloj de Ciudad) reduce mi posición a sólo 2 puntos. Añadiendo uno más esfera, usted puede señalar mi posición exacta. Realmente, la 4a esfera puede no ser necesaria. Una de las posibilidades puede no tener sentido, y por lo tanto puede ser eliminada.
Por ejemplo, si usted sabe que estoy encima del nivel del mar, usted puede rechazar un punto que tiene la elevación negativa. Las matemáticas y las computadoras permiten que nosotros determinemos el punto correcto con sólo 3 satélites.

Basado en este ejemplo, usted puede ver que usted tiene que saber la información siguiente a fin de calcular su posición:

A) ¿Cuál es la posición precisa de tres o más puntos conocidos (satélites de GPS)?
B)¿Cuál es la distancia entre los puntos conocidos y la posición del receptor GPS?

 


Como las Posiciones Corrientes de Satélites GPS son Determinadas


Los satélites de GPS están en órbita la Tierra en una altitud de 11,000 millas. DOD puede predecir los caminos de los satélites contra el tiempo con la gran exactitud. Además, los satélites pueden ser periódicamente ajustados por sistemas de radar a base de tierra enormes. Por lo tanto, las órbitas, y así las posiciones de los satélites, son conocidas de antemano. Los receptores GPS de hoy almacenan esta información de órbita para todos los satélites GPS en lo que es conocido como un almanaque. Piense en el almanaque como "una lista de autobús" aconsejarle de donde cada satélite será en un tiempo particular. Cada satélite GPS continuamente transmite el almanaque. Su receptor GPS coleccionará automáticamente esta información y lo almacenará para la futura referencia.

El Departamento de defensa constantemente supervisa la órbita de los satélites que buscan desviaciones de valores predichos. Cualquier desviación (causado por el fenómeno atmosférico natural como la gravedad), es conocida como errores de calendario astronómico. Cuando los errores de calendario astronómico son determinados para existir para un satélite, los errores son devueltos hasta aquel satélite, que por su parte transmite los errores como la parte del mensaje estándar, suministrando esta información a los receptores GPS.

Usando la información del almanaque en conjuction con los datos de error de calendario astronómico, la posición de un satélite GPS puede ser muy exactamente determinada durante un tiempo dado.
 

La informática de la Distancia Entre Su Posición y los Satélites GPS


El GPS determina la distancia entre un satélite GPS y un receptor GPS midiendo la cantidad de tiempo esto toma una señal de radio (la señal de GPS) para viajar del satélite al receptor. Las ondas de radio viajan en la velocidad de luz, que es aproximadamente 186,000 millas por segundo. De este modo, si la cantidad de tiempo que esto toma para la señal viajar del satélite al receptor es conocida, la distancia del satélite al receptor (distancia = velocidad x tiempo) puede ser determinada. Si el tiempo exacto cuando la señal fue transmitida y el tiempo exacto cuando fue recibido es conocido, el tiempo de viajes de la señal puede ser determinado.

A fin de hacer este, los satélites y los receptores usan relojes muy exactos que son sincronizados de modo que ellos generen el mismo código en exactamente el mismo tiempo. El código recibido del satélite puede ser comparado con el código generado por el receptor. Comparando los códigos, la diferencia de tiempo entre cuando el satélite generó el código y cuando el receptor generó el código puede ser determinada. Este intervalo es el tiempo de viajes del código. La multiplicación de este tiempo de viajes, en segundos, en 186,000 millas por segundo da la distancia de la posición de receptor al satélite en millas.
 

Cuatro (4) Satélites para dar una 3a posición

En el ejemplo anterior, usted vio que esto tomó sólo 3 medidas a "triangulate" una 3a posición. Sin embargo, GPS necesita un 4o satélite para proporcionar una 3a posición. ¿ ¿Por qué??


Tres medidas pueden ser usadas para localizar un punto, asumiendo al receptor GPS y los relojes de satélite son exactamente y continuamente sincronizados, así permitiendo a los cálculos de distancia ser exactamente determinado. Lamentablemente, es imposible sincronizar estos dos relojes, ya que los relojes en receptores GPS no son tan exactos como los relojes atómicos muy precisos y caros en los satélites. El GPS señala viajes del satélite al receptor muy rápido, tan si los dos relojes son desconectados por sólo una pequeña fracción, los datos de posición decididos pueden ser bastante deformados.

Los relojes atómicos a bordo de los satélites mantienen su tiempo a un grado muy alto de la exactitud. Sin embargo, siempre habrá una variación leve en precios de reloj del satélite al satélite. Cerca la escucha del reloj de cada satélite de la tierra permite a la estación de control insertar un mensaje en la señal de cada satélite que exactamente describe el precio de movimiento del reloj de aquel satélite. La introducción del precio de movimiento con eficacia sincroniza todos los relojes de satélite GPS.

El mismo procedimiento no puede ser aplicado al reloj en un receptor GPS. Por lo tanto, una cuarta variable (además de x, y y z), tiempo, debe ser determinada a fin de calcular una posición precisa. Matemáticamente, para solucionar para cuatro unknowns (x, y, z, y t), deben haber cuatro ecuaciones. En la determinación de posiciones de GPS, las cuatro ecuaciones son representadas por señales de cuatro satélites diferentes.

 

La Utilización de GPS diferencial para Aumentar Exactitud


Tan poderoso como GPS es, +/-50 - 100 metros de la incertidumbre no son aceptables en muchas aplicaciones. ¿Cómo podemos obtener exactitudes más altas?

Una técnica llamó la corrección diferencial es necesaria para conseguir exactitudes dentro de 1-5 metros, o aún mejor, con el equipo avanzado. La corrección diferencial requiere a un segundo receptor de GPS, una estación baja, coleccionando datos en una posición inmóvil en un punto exactamente conocido (típicamente esto es una cota de referencia contemplada). Como la posición física de la estación baja es conocida, un factor de corrección puede ser calculado comparando la posición conocida con la posición GPS determinada usando los satélites.

El proceso de corrección diferencial toma este factor de corrección y lo aplica a los datos GPS coleccionados por un receptor GPS en el campo. La corrección diferencial elimina la mayor parte de los errores puestos en una lista en el Presupuesto de Error GPS hablado antes. Después de la corrección diferencial, el Presupuesto de Error GPS se cambia como sigue:

Presupuesto de Error de GPS


Fuente No corregido Con Diferencial
Ionosfera 0-30 metros Sobre todo Quitado
Troposfera 0-30 metros Todos Quitado
Señalar el Ruido 0-10 metros Todos Quitado
Datos de calendario astronómico 1-5 metros Todos Quitado
Cronometrar el Movimiento 0-1.5 metros Todos Quitado
Multicamino 0-1 metros No Quitado
SA 0-70 metros Todos Quitado

Eliminando muchos de los susodichos errores, la corrección diferencial permite que posiciones GPS sean calculadas en un nivel mucho más alto de la exactitud.


La Medición de Exactitud de GPS

Como hablado encima, hay varias fuentes externas que introducen errores en una posición GPS. Mientras los errores hablados encima siempre afectan la exactitud, otro factor principal en la determinación de la exactitud posicional es la alineación, o la geometría, del grupo de satélites (constelación) de la cual las señales están siendo recibidas. La geometría de la constelación es evaluada para varios factores, todo de los cuales se cae en la categoría de la Dilución de la Precisión, o DOP.

El DOP
es un indicador de la calidad de la geometría de la constelación de satélite. Su posición calculada puede variar según cuales satélites usted usa para la medida. Las geometrías de satélite diferentes pueden ampliar o disminuir los errores en el presupuesto de error descrito encima. Un mayor ángulo entre los satélites baja el DOP, y proporciona una mejor medida. DOP más alto indica la geometría de satélite pobre, y una medida inferior cofiguration.

Algunos receptores GPS pueden analizar las posiciones de los satélites disponibles, basados sobre el almanaque, y elegir aquellos satélites con la mejor geometría a fin de hacer el DOP tan bajo como posible. Otro rasgo de receptor GPS importante debe ser capaz no de hacer caso o no eliminar lecturas GPS con valores de DOP que exceden límites definidos por usuario. Otros receptores GPS pueden tener la capacidad de usar todos los satélites en mente, así minimizando el DOP tanto como posible.


El Presupuesto de Error GPS

El sistema GPS ha sido diseñado para ser tan casi exacto como posible. Sin embargo, hay todavía los errores. Añadido juntos, estos errores pueden causar una desviación de +/-50-100 metros de la posición de receptor GPS actual. Hay varias fuentes para estos errores, hablan del más significativo de cual abajo:

Condiciones Atmosféricas
La ionosfera y la troposfera ambos refractan las señales de GPS. Este hace que la velocidad de la señal de GPS en la ionosfera y troposfera sea diferente de la velocidad de la señal de GPS en el espacio. Por lo tanto, la distancia calculada "de la Velocidad de Señal x Tiempo" será diferente para la parte del camino de señal de GPS que pasa por la ionosfera y la troposfera y para la parte que pasa por el espacio.

Ruido de Movimiento/Medida de Errores/Reloj de Calendario astronómico
Como mencionado antes, las señales de GPS contienen la información sobre el calendario astronómico (posición orbital) errores, y sobre el precio del movimiento de reloj para el satélite de difusión. Los datos acerca de errores de calendario astronómico pueden no modelar exactamente el movimiento de satélite verdadero o el precio exacto del movimiento de reloj. La deformación de la señal por el ruido de medida puede aumentar adelante el error posicional. La disparidad en datos de calendario astronómico puede introducir 1-5 metros del error posicional, la disparidad de movimiento de reloj puede introducir 0-1.5 metros del error posicional y el ruido de medida puede introducir 0-10 metros del error posicional.

Disponibilidad Selectiva
Los errores de calendario astronómico no deberían ser aturdidos con la Disponibilidad Selectiva (SA), que es la modificación intencional del tiempo y señal de epherimis por el Departamento de defensa. El SA puede introducir 0-70 metros del error posicional. Por suerte, los errores posicionales causados por SA pueden ser quitados por la corrección diferencial.

Multicamino
Una señal de GPS que salta de una superficie reflexiva antes del alcance de la antena de receptor GPS se menciona como el multicamino. Como es difícil al error de multicamino completamente correcto, hasta en la precisión alta unidades de GPS, el error de multicamino es una preocupación seria al usuario GPS.

La carta debajo de listas las fuentes más comunes de error en posiciones GPS. Esta carta es comúnmente conocida como el Presupuesto de Error GPS:


Presupuesto de Error de GPS

Fuente Nivel de Error no corregido
Ionosfera 0-30 metros
Troposfera 0-30 metros
Ruido de medida 0-10 metros
Datos de calendario astronómico 1-5 metros
Cronometrar el Movimiento 0-1.5 metros
Multicamino 0-1metros
Disponibilidad selectiva 0-70 metros


 

Niveles de Exactitud GPS

Hay tres tipos de receptores GPS que están disponibles en el mercado de hoy. Cada uno de los tres tipos ofrece niveles diferentes de la exactitud, y tiene exigencias diferentes para obtener aquellas exactitudes. A este punto, la discusión en este libro ha enfocado en la Adquisición Gruesa (código de C/A) a receptores de GPS. Los dos tipos restantes del receptor GPS son receptores de Fase de Portador y receptores de Frecuencia Duales.

Receptores de Código de C/A
Los receptores de Código de C/A típicamente proporcionan la exactitud de posición de GPS de 1-5 metros por la corrección diferencial. El Código de C/A receptores de GPS proporciona un grado suficiente de la exactitud para hacerlos útiles en la mayor parte de aplicaciones GIS.

Los receptores de Código de C/A pueden proporcionar la exactitud de posición de GPS de 1-5 metros por un tiempo de ocupación de 1 segundo. Los tiempos de ocupación más largos (hasta 3 minutos) proporcionarán exactitudes de posición GPS consecuentemente dentro de 1-3 metros. Los avances recientes en el diseño de receptor GPS permitirán ahora que un receptor de Código de C/A proporcione la exactitud de submetro, abajo a 30 cm.

Receptores de Fase de portador

Los receptores de Fase de portador típicamente proporcionan la exactitud de posición de GPS de 10-30 cm por la corrección diferencial. Los receptores de Fase de portador proporcionan el nivel más alto de la exactitud exigida por ciertas aplicaciones GIS.


Los receptores de Fase de portador miden la distancia del receptor a los satélites contando el número de ondas que llevan la señal de Código de C/A. Este método de determinar posición es mucho más exacto; sin embargo, esto requiere realmente un substatially que el tiempo de ocupación más alto alcance la exactitud de 10-30 cm. Inicializando una Fase de Portador el trabajo de GPS en un punto conocido requiere un tiempo de ocupación de aproximadamente 5 minutos. Inicializando una Fase de Portador el trabajo de GPS en un punto desconocido requiere un tiempo de ocupación de aproximadamente 30-40 minutos.

Las exigencias adicionales, como el mantenimiento de la misma constelación de satélite en todas partes del trabajo, interpretación bajo el dosel y la necesidad de estar muy cerca de una estación baja, limitan la aplicabilidad de la Fase de Portador receptores de GPS a muchas aplicaciones GIS.

Receptores de frecuencia dual
Los receptores de frecuencia dual son capaces del subcentímetro que provee la exactitud de posición de GPS con la corrección diferencial. Los receptores de frecuencia dual proveen "exactitudes" de grado de revisión no a menudo requeridas para aplicaciones GIS.


Los receptores de frecuencia dual reciben señales de los satélites en dos frecuencias simultáneamente. La Recepción de señales de GPS en dos frecuencias simultáneamente permite que el receptor determine posiciones muy precisas.


GPS y Dosel

Los receptores de GPS requieren una línea de vista a los satélites a fin de obtener a un representante de señal de la distancia verdadera del satélite al receptor. Por lo tanto, cualquier objeto en el camino de la señal tiene el potencial para interferir con la recepción de aquella señal. Los objetos que pueden bloquear una señal de GPS incluyen dosel de árbol, edificios y rasgos de terreno.

Las superficies adicionales, reflexivas pueden causar las señales de GPS saltar antes de llegar a un receptor, así causando un error en el cálculo de distancia. Este problema, conocido como el multicamino, puede ser causado por una variedad de materiales incluso el agua, cristal y metal. El agua contenida en las hojas de vegatation puede producir el error de multicamino. En algunos casos, que funcionan bajo el dosel forestal pesado, mojado puede degradar la capacidad de un receptor GPS de rastrear satélites.

Hay varias técnicas de colección de datos que pueden mitigar los efectos del bloqueo de señal por el dosel de árbol u otros objetos. Por ejemplo, muchos receptores GPS pueden ser instruidos de rastrear sólo los satélites más altos en el cielo, a diferencia de aquellos satélites que proporcionan mejor DOP. El aumento de la elevación de la antena GPS también puede aumentar dramáticamente la capacidad del receptor de rastrear satélites.

Lamentablemente, habrá posiciones donde las señales de GPS simplemente no están disponibles debido a la obstrucción. En estos casos, hay técnicas adicionales que pueden ayudar a solucionar el problema. Algunos receptores GPS tienen la capacidad de coleccionar un punto de compensación, que implica registrar una posición GPS en una posición donde las señales de GPS están disponibles también registrando la distancia, aguantando y cuesta de la antena GPS a la posición del interés donde las señales de GPS no están disponibles. Esta técnica es útil para evitar un soporte de madera denso o el edificio.

Adelante, un tradicional cruzan el programa puede ser usado a mano para entrar en una serie de portes y variedades para generar posiciones hasta que las señales de satélite puedan ser otra vez recibidas. Estos datos de posición pueden ser usados entonces para aumentar datos de posición coleccionados con el receptor GPS.


GPS para GIS


Hasta este punto, la discusión se ha concentrado en la descripción como GPS determina una posición en la superficie de la Tierra. Ahora la discusión puede cambiar al proceso de descripción lo que está en la posición. "Lo que" es el objeto u objetos de que trazarán un mapa. Estos objetos se mencionan "como Rasgos", y son usados para construir un GIS. Esto es el poder de GPS de localizar exactamente estos Rasgos que añade tanto a la utilidad del sistema GIS. Por otra parte, sin datos de Rasgo, una posición de coordenada es de poco valor


Tipos de Rasgo

Hay tres tipos del Rasgo de que pueden trazar un mapa: Puntos, Líneas y Áreas. Un Rasgo de Punto es una posición de coordenada de GPS sola que es identificada con un Objeto específico. Un Rasgo de Línea es una colección de posiciones GPS que son identificadas con el mismo Objeto y unidas juntos para formar una línea. Un Rasgo de Área es muy similar a un Rasgo de Línea, salvo que los finales de la línea son atados el uno al otro para formar un área cerrada.


Descripción de Rasgos

Como declarado encima, un Rasgo es el objeto de que trazará un mapa el sistema GPS. La capacidad de describir un Rasgo en términos de base de datos multiacodada es esencial para la integración acertada con cualquier sistema GIS. Por ejemplo, es posible trazar un mapa de la posición de cada casa en un bloque de ciudad y simplemente etiquetar cada posición de coordenada como una casa. Sin embargo, la adición de información como color, tamaño, de coste, inquilinos, etc. proporcionará la capacidad de clasificar y clasificar las casas por estos catagories
.

Estos catagories de descripciones para un Rasgo son saben como Atributos. Pueden pensar de atributos como preguntas a que preguntan sobre el Rasgo. Usando el ejemplo encima, los Atributos del Rasgo "casa" serían "en color", "tamaño", "costarían" "e inquilinos".

Lógicamente, cada pregunta hecha por los Atributos debe tener una respuesta. Las respuestas a las preguntas planteadas por los Atributos son llamadas Valores. En el ejemplo encima, un Valor apropiado (respuesta) para el Atributo (pregunta) "color" puede ser "azul".

La mesa siguiente ilustra la relacion entre Rasgos, Atributos y Valores:

Rasgo Atributo Valor
Casa Color Azul
  Tamaño 3 BDR
  Coste $118K
  Inquilinos 5

Coleccionando el mismo tipo de datos para cada casa de que trazan un mapa, una base de datos es creada. La atadura de esta base de datos para colocar información es la filosofía principal que es la base de cualquier sistema GIS.

Presentar Listas

El proceso de entrada de datos de campaña puede ser aerodinamizado por el uso de una Lista de Rasgo. La Lista de Rasgo es una base de datos que contiene un listado de los Rasgos de que trazarán un mapa, así como los Atributos asociados para cada Rasgo. Además, la Lista de Rasgo contiene una selección de Valores apropiados para cada Atributo. La Lista de Rasgo puede ser creada en el coleccionista de datos GPS portátil CMT, o en un ordenador personal. Abajo es un ejemplo de una Lista de Rasgo cuando aparece en el ordenador-personal-GPS:

Cuando una Lista de Rasgo es usada en el campo, el primer paso debe seleccionar el Rasgo para ser trazado un mapa. Una vez que un Rasgo es seleccionado, los Atributos para aquel Rasgo son automáticamente puestos en una lista. Un Valor para cada Atributo puede ser seleccionado entonces de la lista mostrada de Valores predeterminados.

El uso de una Lista de Rasgo aerodinamiza el proceso de entrada de datos y también asegura la entrada de datos consecuente entre usuarios diferentes en la misma organización.

La exportación a un Sistema GIS
El paso final en la incorporación de datos de GPS con un sistema GIS debe exportar el GPS y datos de Rasgo en el sistema GIS. Durante este proceso, "una capa" GIS es creada para cada Rasgo en el trabajo GPS. Por ejemplo, el proceso de exportar un trabajo GPS que contiene datos para Casa, Camino y Rasgos de Parte crearía una capa de Casa, una capa del Camino y mucha capa en el sistema GIS. Estas capas pueden ser incorporadas entonces con la existencia de datos de GIS.

Una vez que el trabajo GPS ha sido exportado, el poder lleno del sistema GIS puede ser usado para clasificar y evaluar los datos.

Referencia: http://www.cmtinc.com/gpsbook/index.htm



 
Copyright (c) 2004-2008 Elien International Inc. All rights reserved.
易連國際有限公司
408台中市南屯區文心路一段186號15F-8
TEL:04-24717757